3-D eiwitstructuur laat zien hoe bacterie vitamine opneemt

Net als mensen hebben bacteriën vitamines nodig om te groeien. Ze moeten die uit hun omgeving opnemen, maar hoe ze dat precies doen was tot voor kort onbekend. Groningse onderzoekers hebben nu de driedimensionale structuur van een eiwit in het celmembraan ontrafeld, waarmee bacteriën in staat zijn voor zichzelf een gezonde vitaminecocktail samen te stellen. De resultaten zijn zondag 26 juni gepubliceerd in de online editie van het tijdschrift Nature Structural & Molecular Biology.

Het onderzochte eiwit herkent vitamine B1 (thiamine) en houdt de vitamine stevig vast aan de buitenkant van de bacteriële cel. Vervolgens zoekt deze ‘herkenningseenheid’ contact met een transporteiwit dat ervoor zorgt dat thiamine binnen in de cel terecht komt waar het nodig is.
Door deze herkenningseenheid snel uit te wisselen voor andere eenheden (die andere vitamines herkennen zoals vitamine B2, B6, B12 etc.) kan de bacterie afhankelijk van de behoefte steeds een andere vitamine opnemen.

Raadsel

Tot voor kort was het een raadsel hoe de verschillende herkenningseenheden zo gemakkelijk kunnen worden uitgewisseld en op hetzelfde transporteiwit passen. De vitamines die door het systeem getransporteerd kunnen worden, zijn chemisch zeer verschillend en hebben daarom ook heel verschillende herkenningseenheden.

Complex patroon

De werking van een eiwit is veel beter te begrijpen als men weet hoe de structuur er driedimensionaal uitziet. Eiwitten bestaan uit lange ketens van aminozuren die tot een complex patroon zijn opgevouwen. De manier waarop bepaalt voor een groot deel de functie van het eiwit.

Lastig onderzoek

Onderzoek aan de transporteiwitten in een celmembraan is erg lastig. Op dit moment zijn er minder dan 300 van dergelijke eiwitten waarvan de structuur bekend is, terwijl het totaal aantal bekende eiwitstructuren meer dan 20.000 is. Toch slaagden de Groningse onderzoekers erin om de structuur van de herkenningseenheid voor thiamine (afgekort: ThiT) te bepalen.

Gelijkenis

Toen dat eenmaal gelukt was konden ze die vergelijken met een eerder gepubliceerde structuur van de herkenningseenheid voor riboflavine (vitamine B2). Ze ontdekten dat, hoewel het om verschillende eiwitten ging, de structuren op een aantal punten opvallende gelijkenis vertoonden.

Moleculaire lego

Vervolgens brachten ze op één van deze plekken een kleine verandering in de structuur van ThiT aan. Het bleek dat de vitamine herkenningseenheid daarna niet meer herkend werd door het transporteiwit. Dat is dus het punt waarop vitamine herkenningseenheden en het transporteiwit normaal precies in elkaar schuiven als een soort ‘moleculaire lego’.

Nieuwe antibiotica

Fundamenteel onderzoek kan de basis vormen voor concrete toepassingen. Een aantal ziekteverwekkende bacteriën is afhankelijk van de opname van vitamines om te kunnen groeien. Met voldoende kennis over het vitaminetransport is het mogelijk om op zoek te gaan naar stoffen die het transport blokkeren. In de toekomst kunnen die dan gebruikt worden bij de ontwikkeling van nieuwe antibiotica.

Noot voor de pers

Meer informatie: prof. dr. Dirk-Jan Slotboom

Zie ook: online publicatie

Referentie: The structural basis of modularity in ECF-type ABC transporters, Nature Structural & Molecular Biology, 26 juni 2011.
Auteurs: Guus B. Erkens, Ronnie P-A. Berntsson, Faizah Fulyani, Maria Majsnerowska, Andreja Vujičić-Žagar, Josy ter Beek, Bert Poolman en Dirk Jan Slotboom