Hoe de beweeglijkheidsstructuur van de eencellige archaea aan hun oppervlak is bevestigd

Een onderzoeksteam onder leiding van de Freiburgse microbiologe prof. dr. Sonja-Verena Albers heeft de structuur beschreven van het eiwit waarmee de beweeglijkheidstructuur aan de celwand van archaea – een type eencellige levensvorm – wordt bevestigd. Bovendien hebben de onderzoekers aangetoond dat dit eiwit essentieel is voor de structuur en de werking van het orgaan. De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het huidige nummer van het tijdschrift Structure.

Prokaryoten, eencellige levensvormen zonder celkern, worden onderverdeeld in bacteriën en archaea. Naar archaea is veel minder onderzoek gedaan, omdat er nog geen ziekteverwekkende vormen zijn beschreven. De eerste geïsoleerde archaea kwamen uit habitats zoals hete zwavelbronnen, hete bronnen in de diepzee, of extreem zoute meren. Wetenschappers hebben dus lang aangenomen dat archaea alleen kunnen groeien in extreme milieus zoals deze. Nu is bekend dat archaea, net als bacteriën, in bijna alle habitats kunnen worden aangetroffen – onder meer in de darmflora en op de huid van de mens. Deze ontdekkingen vormden een stimulans voor nieuw onderzoek.

Het is belangrijk voor micro-organismen om zich zelfstandig te kunnen verplaatsen: Als hun leefomstandigheden verslechteren, zijn ze in staat om op eigen kracht betere te vinden. De beweeglijkheidsstructuur van bacteriën, het flagellum, is al meer dan 30 jaar het voorwerp van gedetailleerd onderzoek. Hij bestaat uit wel 50 eiwitten die volgens een vaste opeenvolging van gebeurtenissen worden geassembleerd. Het resultaat is een zweep van proteïnefilamenten die functioneert als een propeller: Een “motor” aan het uiteinde, die aan de celwand is bevestigd, zorgt ervoor dat hij ronddraait, waardoor de bacterie kan zwemmen.

ot voor enkele jaren namen wetenschappers aan dat ook archaea flagella gebruiken om zich voort te bewegen. De sequentiebepaling van het eerste archaea-genoom bracht echter duidelijke verschillen aan het licht in de structuur van de motiliteitsstructuren van bacteriën en archaea. Men ontdekte dat archaea een structuur gebruiken die het archaellum wordt genoemd om te zwemmen. In het modelorganisme Sulfolobus acidocaldarius bestaat deze uit slechts zeven subeenheden, maar bereikt ondanks deze eenvoudige structuur toch dezelfde prestaties als het flagellum. Tot dusver zijn slechts weinig structurele studies verricht naar de subeenheden waaruit het archaellum is opgebouwd. Twee jaar geleden ontdekte Albers’ onderzoeksteam de structuur van het motoreiwit FlaI en toonde aan dat dit samen met de eiwitten FlaX en FlaH het motorcomplex van het archaellum vormt. In hun pas gepubliceerde artikel beschrijven de onderzoekers het eiwit FlaF, dat zich specifiek bindt aan het enige celwand-eiwit van het modelorganisme en het daar stevig vastzet. “Het is belangrijk om meer te weten te komen over deze celwand- en oppervlaktestructuren, omdat de archaea ze kunnen gebruiken om te interageren met de omgeving – en dus ook met menselijke cellen,” zegt Albers.