Industrieel polymeer houdt fotosynthetisch eiwit stabiel in water
Onderzoekers van Stichting FOM en de Universiteit Utrecht hebben in samenwerking met Britse collega's van de Universiteit Bristol ontdekt dat het polymeer poly-styreen maleinezuur (SMA) een fotosynthetisch membraaneiwit in water stabiel houdt. Deze vondst biedt nieuwe mogelijkheden om membraaneiwitten te isoleren en karakteriseren. De resultaten van het onderzoek zijn op 11 september 2014 gepubliceerd in Angewandte Chemie.
Van licht naar energie
Het gebruik van fotosynthetische eiwitten in technologische applicaties neemt toe, omdat deze eiwitten in staat zijn om lichtenergie om te zetten in elektriciteit. Ze komen daardoor goed van pas in bijvoorbeeld biosensoren, elektronische circuits en bio-zonnecellen. In de natuur spelen fotosynthetische eiwitten een rol bij de energievoorziening van bacteriën, algen en planten. Toepassingen vereisen echter dat de eiwitten uit hun natuurlijke gastheer geïsoleerd worden. Dit is een uiterst moeilijke opgave, omdat de eiwitten in lipide membranen verstopt zitten. Om ze daar uit te krijgen, zijn chemicaliën nodig die werken als een zeep. Deze middelen vangen de eiwitten net zoals vet uit kleding wordt verwijderd met wasmiddel. Het probleem is echter dat het eiwit vaak zijn eigenschappen verliest zodra het in zeep gevangen zit, omdat het membraan stuk gaat. Daarom zochten de onderzoekers naar een manier om het membraan te behouden en zo de eiwitten wél stabiel te houden.
Superzeep
De onderzoekers bestudeerden een eiwit uit de bacterie Rhodobacter sphaeroides. Zij gebruikten het polymeer SMA in plaats van standaard zeepachtige moleculen om het eiwit te isoleren, en ontdekten dat dit niet alleen leidde tot de succesvolle isolatie van het eiwit, maar ook tot een goede stabiliteit. Het membraan bleek zelfs stabieler dan wanneer het eiwit in zijn natuurlijk omgeving zit. "Dit komt doordat de directe lipide omgeving behouden blijft, en omdat elk eiwit in een eigen polymeerverpakking zit. Daardoor kan het eiwit niet beïnvloed worden door zijn omgeving zoals in een membraan", legt FOM-oio Stefan Scheidelaar uit. Dit resultaat kan de toepassing van fotosynthetische eiwitten in bijvoorbeeld bio-zonnecellen een stuk dichterbij brengen.
Stap naar beter onderzoek
Het gebruik van het SMA-polymeer kan het onderzoek naar lipide membranen en de werking van membraaneiwitten verbeteren, omdat eiwitten nu bestudeerd kunnen worden in hun natuurlijke omgeving. Handig bij dergelijk onderzoek is dat de SMA-polymeren de stukjes membraan oplossen in de vorm van een nanodisc, waarbij het polymeer als een soort ringetje om het stukje membraan zit. Hierdoor wordt het eiwit veel toegankelijker dan in zijn natuurlijke omgeving. In cellen bevinden membraaneiwitten zich in gesloten compartimenten en kan alleen het stukje wat naar buiten steekt rechtstreeks reageren met toegevoegde stoffen, terwijl de nanodiscs open structuren zijn waarin het eiwit van beide kanten toegankelijk is.
Het beter begrijpen van membraaneiwitten kan ook veel betekenen voor de medische wereld, omdat membraaneiwitten veelal targets zijn voor medicijnen. Het SMA-polymeer kan dus wellicht helpen te begrijpen hoe medicijnen in ons lichaam hun werk doen.
Om de veelbelovende mogelijkheden van het SMA-polymeer nader te onderzoeken zijn de onderzoekers een samenwerking aangegaan met het Nederlandse polymeerbedrijf Polyscope uit Geleen. Dit bedrijf fabriceert het SMA-polymeer voor toepassingen in onder andere de auto- en plasticindustrie.
Meer informatie
Stefan Scheidelaar, Universiteit Utrecht.