De maliënkolder is sinds de middeleeuwen uit het straatbeeld verdwenen. Maar bacteriën dragen hem nog steeds. En de manier waarop zij hun beschermende jas maken staat nu volop in de belangstelling bij chemici. Want aan zulke sterke nanomaterialen hebben mensen ook wat.
Veel micro-organismen dragen een jas die hen beschermt tegen het ongenadige milieu waarin ze leven. De omgeving kan veranderen van extreme hitte naar extreme kou, of van zuur naar basisch. Om van natuurlijke vijanden nog maar te zwijgen. De jas bestaat uit duizenden eiwitten die zichzelf organiseren tot een pantser. De structuur lijkt op die van een maliënkolder, een metalen vest dat soldaten vroeger droegen, waar in plaats van metalen ringetjes eiwitten aan elkaar geschakeld zijn om de drager te beschermen.
Dat bacteriën een beschermende jas dragen was al bekend. Maar hoe ze die maken? Onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Verenigde Staten) ontdekten belangrijke details in de organisatie van eiwitten tot maliënkolder. Ze gaan met die kennis aan de slag gaan om zelf nanomaterialen te maken die lijken op de handige bacteriejas, schrijven ze in het vakblad ACS Nano.
Bodembacterie
De wetenschappers, onder leiding van chemicus Caroline Ajo-Franklin, namen de zelforganisatie in de jas van de bodembacterie Lysinibacillus sphaericus onder de loep. Eiwitten komen spontaan samen om tweedimensionale platen te vormen, die om de bacterie heen liggen als een pantser (zie plaatje hieronder). Het team volgde dit proces op de voet door middel van metingen met lichtverstrooiing, een techniek waarbij lichtgolven die moleculen tegenkomen van hun richting afwijken. Zo konden ze de groei van de eiwitplaten bijhouden.
Hun opvallendste ontdekking is dat calciumionen heel belangrijk zijn voor de vorming van de bacteriejas. Calcium doet twee dingen, legt Ajo-Franklin uit. “Calciumionen stimuleren niet alleen de vouwing van eiwitten in de juiste vorm zodat ze platen kunnen maken, ze dienen ook om die platen aan elkaar te binden.”
Calcium is dus nodig om het hele proces op gang te brengen. Zodra vijf calciumionen aan één eiwit binden, begint de zelfassemblage en gaan de eiwitplaten snel groeien. De concentratie calciumionen bepaalt de grootte en de vorm van de uiteindelijke maliënkolder.
De binding van calcium aan het eiwit (met de naam SbpA) zet de zelforganisatie in gang. Het resultaat is een moleculaire maliënkolder.
Ajo-Franklin group, Berkeley LabWater zuiveren
De jas van de bodembacterie heeft een ruw en klevend oppervlak, dat hij gebruikt om zichzelf vast te zetten in zijn omgeving. Kunnen de onderzoekers iets met die toepassing? “We verkennen de mogelijkheid om met de eiwitten klevende nanostrucuren te maken die bijvoorbeeld gebruikt worden om metalen en andere vervuilende stoffen uit het water te verwijderen”, zegt Ajo-Franklin. “Nu we grip hebben op hoe de eiwitten zelforganiseren, willen we ze mengen met andere moleculen om nieuwe en bruikbare structuren te maken.”