Dankzij genen verkregen van bacteriën, een schimmel kan een voor het milieu schadelijke koolwaterstof afbreken - en komt daarbij onder aanzienlijke druk te staan. Deze opmerkelijke onderzoeksresultaten, die onlangs werden gepubliceerd, werden verkregen door een groep van de University of Natural Resources and Life Sciences, Wenen (BOKU). De resultaten zijn mogelijk gemaakt dankzij de allernieuwste apparatuur voor genoom- en transcriptoomanalyse, waarvan het gebruik bij de BOKU ook openstaat voor derden.

Cladophialophora immunda mag dan een schimmel zijn, het is niet zomaar een paddenstoel! Deze ascomycete of zakschimmel, die tot de groep van gistschimmels behoort, heeft één zeer indrukwekkende eigenschap:het kan gemakkelijk de milieubelastende koolwaterstof tolueen afbreken. Dit maakt C. immunda een uitstekend hulpmiddel voor de biologische sanering van met koolwaterstoffen verontreinigde bodem en andere omgevingen. Met behulp van de allernieuwste sequencing-methoden en een speciaal ontwikkelde bio-informatica-pijplijn, Dr. Barbara Blasi en Dr. Hakim Tafer van het team van prof. Katja Sterflinger bij de afdeling Biotechnologie (BOKU, Wenen) onderzocht, Voor de eerste keer, precies hoe de schimmel dit doet. De verrassende resultaten van het onderzoek, die onlangs in het tijdschrift werd gepubliceerd Wetenschappelijke rapporten , onthullen dat C. immunda talrijke genen heeft verworven die essentieel zijn voor de afbraak van tolueen door bacteriën en, Bovendien, dat tolueenafbraak gepaard gaat met enorme stress, waarop de schimmel met talrijke reacties reageert.

Snelle en betrouwbare sequencing

De verbazingwekkende bevindingen werden ook mogelijk gemaakt dankzij de allernieuwste sequencers, die beschikbaar zijn in de EQ-BOKU-kernfaciliteit van de universiteit en ook verhuurd kunnen worden aan derden. Ze omvatten een ionenhalfgeleidersequencer (Proton Ion Sequencer), die de extreem snelle sequencing van grote hoeveelheden nucleïnezuren mogelijk maakt. Dit maakte het voor het BOKU-onderzoeksteam mogelijk om, onder andere, waardevolle informatie over de activering van genen tijdens tolueenafbraak. Prof. Sterflinger legt uit:"Op deze manier we hebben 's werelds eerste transcriptoomanalyse gemaakt van een schimmel die op tolueen groeit. Ook hebben we kunnen aantonen dat C. immunda bijna alle enzymen heeft die voorheen – van verschillende organismen – in verband werden gebracht met tolueenafbraak.” De wetenschappers slaagden er zelfs in aan te tonen dat de genen voor deze enzymen in vijf clusters op het DNA zijn gegroepeerd. Dergelijke genclusters zijn niet ongebruikelijk in schimmels, maar dit fenomeen was niet eerder beschreven voor de genen die een belangrijke rol spelen bij de afbraak van koolwaterstoffen. Een vergelijking van de uitgebreide sequentiegegevens van C. immunda met die van andere organismen toonde ook duidelijk aan dat in het verleden acht genen voor tolueenafbraak werden overgedragen van bacteriën naar de schimmel.

Paddestoelen stress

Toen het team de activiteit onderzocht van andere genen waarvan de expressie werd beïnvloed door de tolueenafbraak, hen wachtte nog een verrassing. "Ondanks zijn vermogen om tolueen zeer efficiënt af te breken, het proces veroorzaakt enorme stress voor C. immunda. Een hele reeks cellulaire metabolische processen wordt negatief beïnvloed door het contact met tolueen, " legt prof. Sterflinger uit. Deze processen omvatten basiscelfuncties zoals de productie en afbraak van aminozuren en organische stoffen, cel ademhaling, en speciale transportmechanismen. De wetenschappers konden ook aantonen dat de afbraak van tolueen de productie van antioxidanten op gang brengt en celontgiftingsmechanismen activeert. Al deze processen zijn onmiskenbare indicatoren van stress. "Dit suggereert dat, ook al kan het het zo effectief afbreken, C. immunda is geen echte vriend van tolueen, " legt prof. Sterflinger uit. "Integendeel, de effectieve vernietiging van het tolueen lijkt een beschermend mechanisme te zijn dat door de schimmel wordt gebruikt om het te beschermen tegen de schadelijke effecten."

De resultaten van het onderzoek zijn mede mogelijk gemaakt door de succesvolle samenwerking tussen de groep van prof. Sterflinger van de afdeling Biotechnologie en de EQ-BOKU-kernfaciliteit van de universiteit. Deze onafhankelijke dochteronderneming verwerft en exploiteert talrijke grote en dure apparatuur, zoals de nieuwste sequencers en gaschromatografen, en stelt ze beschikbaar voor gebruik door zowel de eigen onderzoeksgroepen van de universiteit als externe partijen. Dit betekent dat deze laatste ook voor complexe meettaken en complete onderzoeksprojecten de expertise van de wetenschappers van de BOKU kan inschakelen. De samenwerking van EQ-BOKU met tal van industriële ondernemingen en internationale onderzoeksgroepen getuigt van het succes van dit concept, wat ook bijdraagt ​​aan veel internationaal gerenommeerde onderzoeksresultaten aan de universiteit zelf.