Nederlandse onderzoekers hebben ontdekt dat een extremofiele archaeon perchloraat kan omzetten. Het is voor het eerst dat wetenschappers deze eigenschap tegenkomen bij andere micro-organismen dan bacteriën. In Science speculeren ze dat de extremofiele eigenschap van het organisme – afkomstig uit warmwaterbronnen bij het Italiaanse eiland Vulcano – een rol speelde bij het ontstaan van zuurstof-afhankelijk leven op aarde; nog vóór de intrede van fotosynthese.
Het kan raar lopen in wetenschappelijk onderzoek. Zo vindt de recente Nederlandse Science publicatie min of meer zijn oorsprong in een milieuprobleem dat twintig jaar geleden de kop opstak in de Verenigde Staten. In waterbekkens werd daar perchloraat aangetroffen. Dat komt in de natuur normaal gesproken niet in vrije vorm voor. De mens produceert het daarentegen in grote hoeveelheden, onder andere voor explosieven en raketbrandstof.
De Amerikanen maakten zich zorgen over de aanwezigheid van perchloraat in de watervoorziening. Wetenschappers gingen op zoek naar manieren om van het perchloraat af te komen en zochten onder andere hun heil bij biologische technieken. Zo vonden ze verschillende bacteriën die in staat zijn om perchloraat onschadelijk te maken.
De perchloraat-verwerkende bacteriesoorten behoren tot de proteobacteriën en de firmicutes. Inmiddels is bekend hoe de stofwisseling van deze microben verloopt en hoe hun DNA er uitziet. Aan die kennis voegen de wetenschappers uit Wageningen en Delft nu een nieuw hoofdstuk toe. Hun Science publicatie gaat niet over een bacterie, maar over het hyperthermofiele archeaon Archaeoglobus fulgidus. Die blijkt het perchloraatkunstje ook te kunnen, maar op een andere manier.
Archaea worden ook wel oerbacteriën genoemd. Net als bacteriën zijn het ééncelligen zonder celkern. Maar ze zijn nauwelijks verwant. Ze komen vooral voor onder extreme omstandigheden. Archaeoglobus fulgidus werd voor het eerst gevonden in onderzeese hydrothermale bronnen bij het Italiaanse eiland Vulcano, even ten noorden van de kust van Sicilië (foto).
Chrisdelachal | Wikimedia CommonsCruciale enzymen
Bij de omzetting van perchloraat door bacteriën spelen twee enzymen een cruciale rol. Het eerste, perchloraat reductase, zet perchloraat (ClO4–) om naar chloraat (ClO3–) en dat weer in chloriet (ClO2–). Daarbij wordt in feite steeds een zuurstofatoom uit de verbinding verwijderd.
Chloriet is een erg reactieve en giftige verbinding, maar gelukkig beschikken de bacteriën ook over het supersnelle enzym chloriet dismutase. Dat zet het chloriet om in chloride (Cl–) – het onschadelijke chloorion dat ook in keukenzout en zeewater te vinden is. Die laatste omzetting is trouwens bijzonder omdat het één van de weinige biologische omzettingen is die moleculair zuurstof oplevert.
Archaeoglobus fulgidus pakt het anders aan, schrijven de onderzoekers in Science. Niet in de eerste stap; die komt overeen met het metabolisme van bacteriën. Maar het tweede enzym blijkt bij Archaeoglobus fulgidus te ontbreken. Opmerkelijk genoeg heeft hij toch geen last van het het giftige chloriet. De wetenschappers denken dat de extremofiel sulfide gebruikt om het chloriet te ‘ontgiften’. Dat haalt hij uit zijn omgeving, of produceert hij zelf door de reductie van sulfaat.
Oeroud mechanisme
Archaeoglobus fulgidus floreert onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met de vroege aarde. De ontdekking van zijn perchloraatverwerking kan daarom van belang zijn om het allereerste aardse leven te begrijpen. Chloraten en perchloraten waren al in heel vroege tijden in allerlei mineralen op aarde aanwezig. De onderzoekers speculeren in Science dat de vaardigheid om de zuurstofrijke chloorverbindingen om te zetten al in een heel vroeg stadium van het ontstaan van leven aanwezig was – nog voordat er sprake was van fotosynthese. Het bestuderen van het perchloraatmetabolisme zou zo zicht kunnen bieden op de eerste stadia van leven dat zich aanpast aan zuurstofrijke omstandigheden.