Assembly and function of cell surface structures of the thermoacidophilic archaeon Sulfolobus solfataricus

Promotie: dhr. B. Zolghadr, 13.15 uur, Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Assembly and function of cell surface structures of the thermoacidophilic archaeon Sulfolobus solfataricus

Promotor(s): prof.dr. A.J.M. Driessen

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

 

Duivelskunstenaartjes overleven dankzij bijzondere eiwitstructuren

Intrigerend zijn ze, de superkleine organismen die onder de meest extreme omstandigheden kunnen leven, zoals in een vulkaan. En leerzaam. Hoe komt het bijvoorbeeld dat hun eiwitten niet gaan klonteren bij een temperatuur van 80-85˚C en niet uit elkaar vallen in een zuurbad? Kennis hierover zou kunnen leiden tot de productie van nuttige, nieuwe materialen. Behnam Zolghadr onderzocht de bijzondere eigenschappen van het extremofiele micro-organisme Sulfolobus solfataricus. Hij ontdekte dat het celoppervlak van dit micro-organisme een bijzondere samenstelling heeft, waarbij diverse oppervlaktegebonden structuren ervoor zorgen dat de cellen goed aan oppervlakken kunnen hechten en voedingsstoffen kunnen binden.

S. solfataricus behoort tot de groep van hyperthermoacidofiele archaea en groeit optimaal onder extreme omstandigheden van hoge temperatuur (80˚C) en lage zuurgraad (pH 3). Archaea - ook wel oerbacteriën genoemd - vormen een aparte vorm van leven en onderscheiden zich van de bacteriën en de eukaryoten. Zolghadr toonde aan dat S. solfataricus grote hoeveelheden eiwitten uitscheidt die als bouwstenen fungeren voor de celwand en andere extracellulaire structuren. Deze zogenaamd S-laag eiwitten vormen een essentiële component van de celwandstructuur. De twee eiwitcomponenten van deze laag assembleren spontaan in een semikristallijne laag. Deze S-laag is zeer stabiel en kan de extreme milieuomstandigheden weerstaan. De S-laag is geassocieerd met het cytoplasmatisch membraan waardoor een zeer stabiele celoppervlaktelaag ontstaat.

Zolghadrs gedetailleerde onderzoek van het celoppervlak van S. solfataricus met elektronenmicroscopie toont aan dat de buitenkant van de cellen bedekt is met draadachtige structuren. Deze ‘flagella’ zijn verantwoordelijk voor de voortbeweging van de cellen en de initiële kolonisatie van oppervlakten. Pili vormen kortere aanhangsels die nodig zijn voor de stabiele aanhechting aan oppervlaktes.

Een andere oppervlaktestructuur is het bindosoom. De exacte samenstelling van deze structuur is niet bekend maar het bevat suikerbindende eiwitten en is geassocieerd met de celwand. De suikerbindende eiwitten zijn van belang voor de cellulaire opname van suikers. De natuurlijke omgeving van S. solfataricus is relatief arm aan substraten. Het bindosoom is van belang om op efficiënte wijze suikers uit het medium op te nemen onder extreme milieuomstandigheden.

Behnam Zolghadr (Iran, 1979) studeerde scheikunde aan de Rijksuniversiteitr Groningen, waar hij zijn promotieonderzoek uitvoerde bij de afdeling Moleculaire microbiologie en bij het Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology in Marburg, Duitsland. Zijn onderzoek werd gefinancierd door NWO.