Publicatie Nijmeegse onderzoekers in Nature 16 oktober
Unieke bacterie maakt bizarre ladder-moleculen
Er zijn unieke `ladder-moleculen' aangetroffen in de
waterzuiveringsbacterie Brocadia anammoxidans. De ontdekking is gedaan
door onderzoekers van het Koninklijk Nederlands Instituut voor
Onderzoek der Zee (NIOZ) in samenwerking met de Katholieke
Universiteit Nijmegen. De laddermoleculen hebben een hoge
bindingsenergie en starre structuur en dat maakt hen interessant voor
nieuwe toepassingen in de industrie. Tot nog toe werd aangenomen dat
dergelijke structuren niet in de natuur voorkomen. De vondst wordt
donderdag 17 oktober 2002 gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
In het artikel tonen de onderzoekers aan dat de anammoxbacterie beschikt over een bijzonder celmembraan, dat bestaat uit ketens met vijf cyclo-butaanringen in de vorm van een trap. De vondst van deze `laddermoleculen' is uniek. Tot nog toe werd aangenomen dat dergelijke molecuulstructuren niet in de natuur zouden voorkomen. De koolstofatomen in de cyclo-butaanringen zijn namelijk in een `onnatuurlijk' scherpe hoek ten opzichte van elkaar verbonden. Het maken van zulke ringen kost daarom veel energie. Bovendien is deze keten van vijf cyclo-butaanringen bijzonder star.
Belangstelling van industrie
De industrie heeft al interesse getoond in de natuurlijke bron voor
laddermoleculen. Vanwege de technische hindernissen konden
soortgelijke moleculen tot nu toe alleen op kleine schaal in het
laboratorium gemaakt worden. Vanwege hun bijzondere structuur zijn er
allerlei nieuwe technologische toepassingsmogelijkheden denkbaar.De
vraag waarom een bacterie zoveel energie steekt in zo'n complexe
membraanstructuur wordt eveneens door de onderzoekers van het NIOZ en
de KUN beantwoord. De moleculaire ladders vormen een dicht membraan,
dat vrijwel ondoordringbaar is voor stoffen van buitenaf. Dit membraan
omsluit het zogenaamde `anammoxosoom', een speciaal organel waarbinnen
de bacterie stikstof kan afbreken onder anaerobe omstandigheden. Dit
proces wordt het `anammox-proces' genoemd. Hierbij komt onder andere
de raketbrandstof hydrazine vrij, een stof die giftig is voor de
bacterie. De ladderanen beschermen de bacterie dus tegen zijn eigen
gif.
Waterzuivering
Het anammox-proces wordt gezien als een veelbelovend en duurzaam
alternatief voor de bestaande methodes voor stikstofverwijdering uit
afvalwater. De kosten van het anammox-proces bedragen slechts 10
procent van de huidige kosten van stikstofverwijdering en het stoot 88
procent minder CO2 uit. Vanwege deze voordelen is in de zomer van 2002
de eerste grote anammoxreactor geïnstalleerd bij de waterzuivering
Rotterdam, door de firma Paques. Dit is gebeurd binnen het kader van
een groot Europees onderzoeksproject (icoN).
Hoe het anammox proces precies plaatsvindt, wordt momenteel onderzocht
door microbiologen van de KU Nijmegen in samenwerking met de TU Delft.
Dit onderzoek wordt gesubsidieerd door NWO, STW en STOWA.
Etherbinding: karakteristieke eigenschap
Een andere opmerkelijke vondst is dat de laddermoleculen in het
membraan via een zogenaamde ether binding vastzitten. Deze eigenschap
werd karakteristiek geacht voor de Archaea, de oerbacteriën. De
anammoxbacterie behoort tot de zogenaamde planctomyceten. Recent werd
eveneens in Nature (16 mei 2002) de theorie beschreven dat de
planctomyceten één van de oudste levensvormen op aarde zouden zijn,
hetgeen met de recente vinding zou kunnen kloppen. De ontdekking zal
dan ook consequenties hebben voor het denken over de vroege evolutie.
In een vervolgonderzoek zullen de wetenschappers de unieke structuur
van de laddermoleculen gebruiken om vast te stellen waar de
anammoxbacteriën voorkomen en welke rol ze spelen in de
stikstofkringloop van zoet- en zoutwater ecosystemen.
'Linearly concatenated cyclobutane lipids from a dense bacterial
membrane', Mike S.M. Jetten, Ellen C. Hopmans, Marc Strous, Jan A.J.
Geenevasen, Adri C.T. van Duin, Nature 17102002.
Prof. dr. ir. Mike Jetten is hoogleraar ecologische microbiologie aan
de KU Nijmegen.
17-10-2002
* meer informatie over het anammox-proces