Mysterieuze microben die gedijen in hete en superzoute pekelmeren op de bodem van de Rode Zee zouden een schat aan nieuwe enzymen voor industriële toepassingen kunnen opleveren - als wetenschappers maar toegang hadden tot hun biologische rijkdom.

Een nieuwe studie onder leiding van KAUST-wetenschappers beschrijft nu een manier om deze enorme onaangeboorde hulpbron te exploiteren.

De huidige methoden zijn afhankelijk van het kweken van microben in het laboratorium om hun kenmerken te bestuderen. Echter, de meeste microben kunnen niet worden gekweekt en ontwijken dus wetenschappelijk onderzoek. In plaats daarvan, onderzoekers van KAUST en de Technische Universiteit van München (TUM) in Duitsland hebben specifieke eiwitten opgewekt en getest uit zogenaamde single-amplified genomen (SAG's) - hele genomen die zijn geëxtraheerd uit een enkele gevangen microbiële cel.

"Dit is de eerste keer dat SAG's zijn gebruikt om eiwitten te produceren, " zegt eerste auteur, Stefan Grotzinger, een doctoraatsstudent werkzaam bij zowel KAUST als TUM. "Het bewijs dat eiwitten met gewenste functies kunnen worden verkregen uit SAG's, zou de manier kunnen veranderen waarop we naar nieuwe enzymen zoeken."

Grötzinger en zijn collega's - onder leiding van KAUST structureel bioloog Stefan Arold met Jörg Eppinger, een chemicus voorheen bij KAUST, en TUM-wetenschappers Dirk Weuster-Botz en Michael Groll - begonnen met een microbiële cel die werd gepompt uit een pekelbad op 80 km voor de kust van Jeddah en 2, 000 meter onder het oppervlak van de Rode Zee. Van zijn SAG, ze identificeerden computationeel een gen dat codeert voor een van de alcoholdehydrogenasen (ADH's) van de microbe, een enzym dat veel in voedsel wordt gebruikt, farmaceutische en chemische industrie.

De onderzoekers probeerden dit enzym eerst tot expressie te brengen in Escherichia coli, een gemeenschappelijk bacterieel platform voor eiwitproductie, maar deze benadering leverde geen bruikbare eiwitten op. Ze wendden zich vervolgens tot een andere microbe die in een zeer zoute omgeving leeft en die ook in het laboratorium kan worden gekweekt. In deze microbe, ze slaagden erin genoeg van het ADH-eiwit te verkrijgen om de driedimensionale structuur ervan af te leiden door middel van röntgenkristallografie en een volledige biochemische karakterisering uit te voeren, inclusief zijn enzymatische capaciteiten.

Hun analyses brachten kenmerken aan het licht die vermoedelijk zijn ontstaan ​​als aanpassingen aan het leven in de hete en zoute zee. Bijvoorbeeld, het eiwit werkt onder extreem hoge concentraties organisch oplosmiddel, verdraagt ​​hoge temperaturen en kan worden gevriesdroogd - alle eigenschappen die het enzym aantrekkelijk maken voor commerciële industriële toepassingen, zegt Grotzinger.

Maar meer in het algemeen, hij voegt toe, de studie biedt een routekaart voor het ontginnen van de moleculaire rijkdom van organismen die in extreme omgevingen worden aangetroffen. Plus, het is een voorbeeld van internationale en lokale samenwerking, het verenigen van wetenschappers in Duitsland en Saoedi-Arabië, met medewerking van drie eenheden van KAUST:de afdeling Biologische en Milieuwetenschappen en Engineering, het Computational Bioscience Research Center en het Catalysis Center.