ERC-Grant van 2,5 miljoen voor onderzoek microbiële membraanlipiden

24 maart 2016

De European Research Council (ERC) heeft een Advanced Grant van 2,5 miljoen voorwaardelijk toegekend aan Professor Jaap Sinninghe Damsté. Damsté is hoofd Mariene Microbiologie & Biogeochemie van het NWO-onderdeel NIOZ Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee en hoogleraar aan het departement Geowetenschappen van de Universiteit Utrecht. Het betreft moleculair microbiologisch onderzoek aan de evolutie van vetmoleculen van verschillende groepen micro-organismen. Het is de tweede ERC Advanced Grant die deze onderzoeker in de wacht sleept.

De laatste 10 jaar is er enorme vooruitgang geboekt in de karakterisering van het erfelijke materiaal van micro-organismen; zowel op basis van reinculturen als op basis van complexe DNA mengsels in het milieu (oceaan, bodem, meren, etc.). De kennis van de samenstelling van de vetsamenstelling van celmembranen van micro-organismen is hiermee vergeleken sterk achtergebleven. Toch zijn dit de essentiële bouwstenen van de celmembranen van deze ééncellige organismen.

Vetsamenstelling volgt niet de veronderstelde evolutielijnen

Het microbiële leven wordt in drie hoofdgroepen onderverdeeld: bacteriën, archaea (samen de prokaryoten) en de eukaryoten. Deze laatste groep omvat o.a. de ééncellige algen, de meercellige planten en alle dieren. Kijken we nu naar de lipidensamenstelling van celmembranen dan komen die van de bacteriën en de eukaryoten sterk overeen; deze bestaan in hoofdzaak uit fosfolipiden; een glycerolmolecuul gekoppeld aan twee vetzuren door middel van esterbindingen en een fosfaatgroep. Het is een lipide dubbellaag met zowel aan de binnenzijde als aan de buitenzijde van de celmembraan de polaire fosfaat groep en in het interieur van de membraan de staarten van de lange vetzuurmoleculen, die onderling niet chemisch gebonden zijn. De membraanlipiden van archaea bestaan in hoofdzaak uit di-glycerol etherlipiden. Hierbij zijn de beide glycerolmoleculen aan de binnen- en de buitenzijde van het molecuul wel met elkaar verbonden in één molecuul dat aan beide glycerolmoleculen gebonden is met etherbindingen.

Wanneer we echter naar de veronderstelde evolutielijnen kijken, dan denkt men dat de eukaryoten voortkomen uit de archaea en dus is het verbazingwekkend dat de membraanlipiden van deze groepen zo totaal anders zijn, terwijl de bacteriën juist een celmembraan hebben ontwikkeld die sterk op die van de eukaryoten lijkt. Is dit een gescheiden maar parallelle evolutie?

Lipidomics onderzoek

De eerste resultaten van het onderzoek van de groep van Prof Sinninghe Damsté laten echter zien dat dit beeld veel te simpel is. Het begint steeds duidelijker te worden dat membraanlipiden van sommige bacteriën op die van archaea lijken en vice versa en dat sommige archaea ook op lipiden gebied voorlopers zouden kunnen zijn van de eukaryoten. Geholpen door state-of-the-art analytische apparatuur die het mogelijk maakt om de molecuulstructuur van de complete membraanmoleculen te analyseren, is de tijd nu rijp om een poging te doen om de evolutie van de celmembraansamenstelling beter in kaart te brengen.

In het nieuwe, door de ERC gefinancierde onderzoek zullen de intacte polaire celmembraanlipiden van meer dan 250 cultures van bacteriën en archaea en meer dan 200 monsters uit zeeën en oceanen worden gekarakteriseerd met behulp van hogedruk vloeistofchromatografie gekoppeld aan hoge resolutie massaspectrometrie, aangevuld met de analyse van vetzuren en alle andere lipiden na hydrolyse. Deze analytisch-chemische benadering zal worden aangevuld met de karakterisering van de functionele genen voor de biosynthese van deze membraanlipiden. Dit omvat zowel het mappen van bekende genen gebaseerd op de analyse van gepubliceerde data van het gehele genoom van bepaalde bacteriën en archaea, als het zoeken naar tot nu toe onbekende genen in een geselecteerde groep van prokaryoten.

Prof. Sinninghe Damsté: “Wij verwachten dat de resultaten een fundamentele bijdrage zullen leveren aan onze kennis van de evolutielijnen van de biosynthese van vetten in celmembranen. Deze kennis zal toegepast kunnen worden door verdere ontwikkeling van moleculaire biomarkers in de microbiologische ecologie. Ook voor het gebruik van chemische fossielen in de aardwetenschappen is het onderzoeksprogramma van belang".

De komende maanden zullen afspraken met de ERC gemaakt worden over de definitieve invulling van het onderzoeksprogramma en de verwachting is dat het programma dan begin 2017 van start zal gaan.

Bron: NWO