Een in de oceaan levende bacterie heeft nieuwe inzichten gegeven in hoe cellen zichzelf beschermen tegen de toxische effecten van metaalionen zoals ijzer en koper, in onderzoek onder leiding van de Universiteit van East Anglia (UEA).

Hoewel essentieel voor het leven, metaalionen kunnen ook reactieve zuurstofspecies (ROS) genereren - zeer reactieve moleculen die cellen beschadigen terwijl ze proberen bindingen te vormen met andere moleculen.

In mensen, reactieve zuurstofsoorten zijn gekoppeld aan veroudering en ook aan ziekten zoals kankers.

Om de toxische effecten van ijzer te verminderen, een familie van eiwitten die ferritines worden genoemd, ontgiften en slaan de metaalionen op in hun voetbalvormige eiwitomhulsel, het genereren van een veilige maar toegankelijke afzetting die door de cel kan worden aangezogen wanneer ijzer in de omgeving schaars wordt.

In samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Essex en het Scripps Institute in Californië, het UEA-team heeft ontdekt hoe een ferritine in een bepaalde mariene bacterie erin slaagt dit ontgiftingsproces uit te voeren.

Ongewoon, de bacterie produceert het ferritine als reactie op een hoog kopergehalte, niet ijzer.

Het team ontdekte dat er geen directe interactie was tussen het ferritine en het koper, maar in plaats daarvan katalyseerde het ferritine een nieuw soort reactie tussen zuurstof en ijzer. Dit genereerde een vorm van het ferritine dat een verbeterd vermogen heeft om ROS direct te ontgiften, terwijl het ook zijn rol speelt bij het opslaan en ontgiften van ijzer.

Prof Nick Le Brun, van UEA's School of Chemistry, zei:"We geloven dat het ijzer dat betrokken is bij deze nieuwe route door het koper is verdrongen van andere ijzerbevattende eiwitten, en de bacterie beheert de toxiciteit van het verdrongen ijzer door het ferritine te produceren. Dit is van bijzonder belang omdat het betrokken ferritine meer lijkt op die bij dieren dan bij andere bacteriën."

Dit type proces is nog niet eerder door wetenschappers opgemerkt en bevestigt dat er veel verschillende ferritine-mechanismen aan het werk zijn in verschillende organismen.

Dr. Dima Svistunenko, van de Universiteit van Essex, zei:"De chemie tussen ijzer en O2, die schadelijke ROS genereert, is in veel systemen onderzocht, en dat omvat een aantal ferritines van een reeks organismen. Maar, hier, we zagen reactiviteit die geheel nieuw is, wijzend op een ongekend ontgiftingsproces waarbij elektronen over de lange afstand over het eiwitmolecuul worden overgedragen."

Een zoektocht in genomische databases uitgevoerd door het team onthulde ook dat veel andere vergelijkbare mariene bacteriën vergelijkbare ferritines kunnen produceren onder stressomstandigheden.

Het team is nu van plan hun onderzoek uit te breiden om te onderzoeken hoe wijdverbreid het nieuwe mechanisme is.

"Geen van de eerder bestudeerde ferritines, of inderdaad ijzerenzymen in het algemeen, reageren op de manier waarop dit nieuw ontdekte ferritine doet, " zei prof. Le Brun.

"Deze nieuwe chemie vertegenwoordigt niet alleen een doorbraak voor ons begrip van natuurlijke anti-oxidantprocessen, het onthult ook nieuwe mogelijkheden voor toekomstige gemanipuleerde biokatalysatoren die, bijvoorbeeld, vinden gebruik in de ontwikkeling van geneesmiddelen."

'Reactie van O2 met een di-ijzerproteïne genereert een gemengd valent Fe2+/Fe3+ centrum en peroxide' is gepubliceerd in PNAS op 14 januari, 2019.