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

Meer nieuws

  • 12 november 2018

    Symposium 'Gaswinning, aardbevingen en wat nu?' op 15 november a.s.

    Het Groninger Universiteitsfonds (GUF) bestaat dit jaar 125 jaar. Tijdens een speciaal symposium met de titel ‘Gaswinning, aardbevingen en wat nu?’ op donderdag 15 november 2018, wordt daarom de 'Ubbo Emmiuspenning voor bijzondere maatschappelijke verdiensten'...

  • 06 november 2018

    Groningen blijft in trek bij Nederlandse en internationale studenten

    De Rijksuniversiteit Groningen telt per 1 november 2018 31.115 studenten met een ‘actieve eerste inschrijving’ voor een bachelor of masteropleiding. Dit is een stijging van 4,6% ten opzichte van 2017.Het totale aantal studenten dat ingeschreven is aan...

  • 16 oktober 2018

    Digital Society Conferentie Nederlandse universiteiten

    De digitale informatietechnologie dringt steeds dieper door in onze samenleving. Daarom organiseren de veertien Nederlandse universiteiten, verenigd in de VSNU, op dinsdag 27 november de internationale Digital Society Conference in de Rijtuigenloods...