ENGINEERINGNET.NL - Deze vondst biedt nieuwe mogelijkheden om membraaneiwitten te isoleren en karakteriseren. De resultaten van het onderzoek werden op 11 september 2014 gepubliceerd in Angewandte Chemie.
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.
De onderzoekers bestudeerden een eiwit uit de bacterie Rhodobacter sphaeroides. Zij gebruikten het polymeer poly-styreen maleinezuur (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.
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.
(bron en foto: FOM)
Linksboven is een repeterende eenheid van het gebruikte SMA-polymeer weergegeven. Per repeterende eenheid zijn er twee styreeneenheden en is er een maleinezuur-eenheid.
Rechtsboven is een elektronenmicroscopieopname van het nanodisc-deeltje met in het zwart een gouddeeltje van 5 nanometer in doorsnee dat gebonden zit aan het eiwit.
Onder is een schematische weergave van het nanodisc deeltje dat bestaat uit een eiwit (roze) omringd door natuurlijke lipiden (gekleurde ballen met zwarte staarten) en het SMA-polymeer dat deze bij elkaar houdt (groen).
In het geel is een gouddeeltje weergegeven.
