Skip to ContentSkip to Navigation
Onderdeel van Rijksuniversiteit Groningen
Science LinXScience LinX nieuws

Hoe archaea aan hun vetten komen

Nieuw inzicht in de evolutie van prokaryoten
29 september 2017

Op het eerste gezicht lijken bacteriën en archaea sterk op elkaar. Toch zijn er fundamentele verschillen tussen deze twee soorten prokaryoten (kernloze micro-organismen). Eén zo’n verschil is de samenstelling van de lipiden die hun celmembraan vormen. Dit roept de vraag op welke lipiden de membraan van de gemeenschappelijke voorouder van beide groepen had. RUG microbiologen hebben, samen met collega’s van de universiteit van Sichuan, China, een aanwijzing ontdekt hoe de evolutie voor een ‘scheiding van lipiden’ heeft gezorgd. De resultaten zijn op 29 september gepubliceerd in het tijdschrift Cell Research.

De archaea zijn prokaryoten die veelal leven in extreme milieus, zoals hete vulkanische bronnen op de zeebodem of zoutmeren. In eerste instantie werden ze geclassificeerd als primitieve bacteriën, de ‘archaebacteriën’. Maar in 1977 was duidelijk dat ze een apart domein van leven vormen en werden ze hernoemd tot Archaea, een derde domein naast de Bacteriën en Eukaryoten.

Hoogleraar Moleculaire Microbiologie Arnold Driessen | Foto Science linX
Hoogleraar Moleculaire Microbiologie Arnold Driessen | Foto Science linX

Maar de evolutionaire geschiedenis van de Archaea bleek ingewikkeld. Een aspect waar microbiologen zich het hoofd over breken is waarom de lipide-samenstelling van de celmembraan van Bacteriën en Archaea zo fundamenteel anders is. Beide hebben celmembranen van glycerol fosfaat fosfolipiden. Maar bacteriën maken ze van glycerol-1-fosfaat, terwijl archaea glycerol-3-fosfaat gebruiken. De fosfolipiden die zo ontstaan zijn elkaars spiegelbeeld. Bovendien hebben de waterafstotende staarten die aan het glycerol fosfaat zitten een andere chemische samenstelling.

Uniek

‘Bacteriën en Archaea produceren hun lipiden via routes die bijna gelijk zijn, maar waarin totaal verschillende enzymen gebruikt worden’, legt RUG-hoogleraar Moleculaire Microbiologie Arnold Driessen uit. Bij de eerste drie stappen in het productieproces, waarbij lange staarten worden gekoppeld aan de kop van het glycerol fosfaat, gebruiken Bacteriën en Archaea elk hun eigen, unieke enzymen. De enzymen die in vervolgstappen de lipiden verder aanpassen zijn gelijk in beide domeinen.

3D reconstructie van de substraat bindingssite van CarS (links) en het bacteriële equivalent | Illutratie lab Driessen
3D reconstructie van de substraat bindingssite van CarS (links) en het bacteriële equivalent | Illutratie lab Driessen

Driessen: ‘De eerste twee enzymen in deze hele route zijn al beschreven. Die lijken totaal niet verwant aan elkaar, hoewel ze dezelfde rol vervullen.’ Enige tijd geleden ontdekte de groep van Driessen het derde enzym bij de Archaea, CDP-archaeol synthase (CarS). Nu hebben ze, met hulp van de universiteit van Sichuan, de 3D structuur van dit enzym opgehelderd. ‘De aminozuurvolgoder is totaal anders dan die van het equivalente enzym bij bacteriën. Maar de structuur van beide enzymen vertoont wel overeenkomst, vooral op de plekken waar het substraat moet binden.’ Dit suggereert nauwe verwantschap tussen Bacteriën en Archaea.

Selectief

‘Ons idee is dat de gemeenschappelijke voorouder van Bacteriën en Archaea enzymen bezat die niet erg selectief waren’, legt Driessen uit. De celmembraan van die voorouder zal daarom zijn opgebouwd uit twee verschillende soorten lipiden, gebaseerd op zowel glycerol-1-fosfaat als glycerol-3-fosfaat. Nadat de splitsing in twee domeinen evolueerden de enzymen en kregen een grotere specificiteit, maar voor verschillende substraten. Het resultaat was dat beide domeinen homogene celmembranen kregen die van elkaar verschilden. ‘Dus de evolutie van meer specifiek werkende enzymen heeft uiteindelijk gezorgd voor de lipidenscheiding tussen Archaea en Bacteriën.’

Referentie: Sixue Ren, Antonella Caforio, Qin Yang, Bo Sun, Feng Yu, Xiaofeng Zhu, Jinjing Wang, Chao Dou, Qiuyu Fu, Niu Huang, Qiu Sun, Chunlai Nie, Shiqian Qi, Xinqi Gong, Jianhua He, Yuquan Wei, Arnold JM Driessen & Wei Cheng: Structural and mechanistic insights into the biosynthesis of CDP-archaeol in membranes . Cell Research 29 September 2017, DOI: 10.1038/cr.2017.122
Laatst gewijzigd:15 maart 2018 10:08
printOok beschikbaar in het: English

Meer nieuws

  • 11 september 2018

    Van Klokhuis-vraag naar Veni-subsidie

    Als kind was Jorrig Vogels al gefascineerd door taal en vergeleek hij de verschillende woorden voor ingrediënten op verpakkingen. Een jaar terug sleepte de taalonderzoeker een Veni-beurs in de wacht. ‘Taal heeft iets telepathisch: het beeld dat ík in...

  • 07 september 2018

    Constructief overleg – gezamenlijke overeenkomst

    Na een intensief en constructief gesprek met de actievoerende studenten van studentenpartij DAG en ROOD (jongeren SP) is donderdagavond een gezamenlijke overeenkomst bereikt op vier punten, vooral gericht op de lange termijn.

  • 04 september 2018

    Weg met die systeemplafonds

    Als Zuidlarens jongetje vond hij al die oude gebouwen in de stad Groningen maar niks. De interesse in historische panden kwam pas later, tijdens zijn studie Bouwkunde. Als bouwkundige is René Bosscher nu verantwoordelijk voor de buitenkant van de gebouwen...