Een team onder leiding van de Freiburgse biochemicus Prof. Dr. Susana Andrade heeft een eiwit gekarakteriseerd dat bepaalde micro-organismen in staat stelt ammonium in hun omgeving te herkennen en op te nemen. Ammonium wordt beschouwd als een toxine dat ecosystemen vervuilt, maar voor deze bacteriën vormt het een belangrijke voedings- en energiebron. De onderzoekers hebben hun bevindingen gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuurcommunicatie .

Het element stikstof is een onmisbare bouwsteen van alle biomoleculen en daarom van groot belang voor alle organismen. In aanvulling, sommige leden van de microbiële gemeenschap hebben zich gespecialiseerd in het gebruik van verschillende stikstofverbindingen als energiebron voor optimale groei. Dit is vooral het geval bij anaërobe ammoniumoxidatoren:deze bacteriën hebben geen zuurstof nodig voor hun metabolisme, maar in plaats daarvan, twee belangrijke stikstofverbindingen omzetten, ammonium en nitriet, in stikstofgas, die goed is voor ongeveer 80 procent van de atmosfeer van de aarde. Door deze reactie, deze micro-organismen spelen een belangrijke rol bij de ontgifting van stikstofverbindingen die door het gebruik van meststoffen in toenemende mate in het milieu terechtkomen.

Andrade en haar team van de faculteit Scheikunde en Farmacie van de Universiteit van Freiburg hebben een ongebruikelijk eiwit in dergelijke bacteriën geïdentificeerd:de helft lijkt op bekende transporteiwitten voor ammoniumionen en de andere helft behoort tot een groep signaaltransducerende eiwitten. Dit leidde tot het vermoeden dat twee bouwstenen, die al in de natuur voorkomen, was modulair gecombineerd om een ​​geheel nieuwe functionaliteit mogelijk te maken:het detecteren van ammonium uit de omgeving en het vervolgens doorsturen van deze informatie naar de cellulaire signaleringsnetwerken.

De onderzoekers voerden een uitgebreide functionele en structurele karakterisering uit van dit nieuwe eiwit, waarbij ook werkgroepen van het Universitair Medisch Centrum Freiburg betrokken waren; Radboud Universiteit Nijmegen, Nederland; de Russische Academie van Wetenschappen; en het European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Hamburg. Als resultaat, de oorspronkelijke veronderstelling werd bevestigd:op basis van een zeer selectief ammoniumtransporteiwit, evolutie heeft geleid tot een nieuwe herkenningsplaats voor de ionen, waarvan de bezetting leidt tot conformatieveranderingen die worden doorgegeven aan de signaaltransducerende module. Deze directe modulaire koppeling biedt het vooruitzicht om andere signaaltransductie-eenheden te fuseren met de ammoniumsensormodule om nieuwe cellulaire functionaliteiten te ontwikkelen.