Anammox-bacterie maakt raketbrandstof met bijzonder eiwit

20 oktober 2015

De Anammox-bacterie is beroemd omdat zij ammonium kan omzetten in stikstofgas zonder daarbij zuurstof te gebruiken. De chemische stof hydrazine - de sterkste reductor ter wereld die ook wordt gebruikt als raketbrandstof - speelt een centrale rol in dit proces. Een team microbiologen, onder wie Boran Kartal van de Radboud Universiteit, beschrijft nu in detail het eiwit waarmee Anammox hydrazine maakt. Tijdschrift Nature publiceert de resultaten van deze lastige klus op 19 oktober.

Hydrazine is een zeer giftige stof. Anammox is tot zover bekend het enige organisme dat de stof zelf maakt en de reducerende kracht ervan gebruikt in de stofwisseling. Eén specifiek eiwit is verantwoordelijk voor de ingewikkelde hydrazineproductie: hydrazine synthase.

Verdomd lastig

Het vinden van hydrazine synthase was niet gemakkelijk. ‘Het is echt een verdomd lastig eiwit om mee te werken’, lacht Kartal, microbioloog aan de Radboud Universiteit. ‘Het kostte ons zo’n twee jaar om het zuiveringsproces van het eiwit te optimaliseren en de reactie waaruit hydrazine ontstaat, verloopt heel langzaam.

3D-model

© Radboud universiteitDe onderzoekers lieten een 3d-model maken van het eiwit hydrazine synthase

De microbiologen van de Radboud Universiteit bundelden hun krachten met het Max Planck Institute for Medical Research in Heidelberg en de TU Delft om hydrazine synthase tot in detail te beschrijven. Boran Kartal: ‘Onze collega’s uit Heidelberg zijn gespecialiseerd in kristallografie en konden zo een 3D-model van het eiwit maken. Op basis daarvan denken we nu dat de reactie in twee opeenvolgende stappen in twee verschillende actieve plaatsen plaatsvindt.’ Christina Ferousi, promovenda op de afdeling Microbiologie van de Radboud Universiteit, gaat nu in de praktijk testen of het inderdaad zo werkt.

Anammox in industrie of afvalwaterzuivering?

Het proces waarmee Anammox hydrazine maakt, is grofweg hetzelfde als het industriële Olin-Raschig proces voor de ontwikkeling van dezelfde stof, ontwikkeld in 1906. Zijn de bacteriën nu te gebruiken om de industriële hydrazineproductie sneller en goedkoper te maken? Nee, zegt Kartal resoluut. ‘De concentraties waarmee Anammox dit doet, zijn niet te vergelijken met de industriële hoeveelheden hydrazine.’ Andere toepassingen ziet hij wel.

‘Om Anammox in te zetten in innovatieve afvalwaterzuivering moeten we precies weten hoe deze bacterie functioneert. Een bouwkundige kent het staal waarmee hij werkt door en door. Zo moeten wij als environmental engineers onze bouwmaterialen, micro-organismen, ook tot in detail begrijpen. Dit specifieke eiwit speelt een hoofdrol in de meest interessante eigenschap van Anammox, en daarom wil ik er alles over weten.’

NWO financierde dit onderzoek door de Veni beurs aan Boran Kartal en de Spinoza premie voor Mike Jetten. 

© Boran KartalEen reactor vol Anammox-bacteriën

Bron: Radboud Universiteit Nijmegen