Radboud Universiteit Nijmegen
Humanegenoomproject in grootte geëvenaard
Nature: Genoom van anammox ontrafeld
Anammox is een bacterie die ammonium omzet in stikstofgas, zonder
zuurstof te gebruiken en zonder CO -productie. Hij speelt een zeer
belangrijke rol in de stikstofcyclus op aarde. Nature publiceert 6
april het verrassend grote genoom van deze eencellige. Microbiologen
van de Radboud Universiteit Nijmegen leverden de bacteriecultuur en
interpreteerden de blauwdruk.
Het grote genoom verklaart de flexibiliteit van de bacterie. Ondanks
zijn voorkeur voor ammonium als voedingsbron, kan de bacterie
overschakelen op ander eten.Het ontrafelde genoom laat zien dat
anammox dicht staat bij de intracellulaire chlamydia's.
Sinds de Nederlandse ontdekking van de anammoxbacterie in een
pilotopstelling in 1995 is de bacterie ontdekt in de Zwarte Zee (2003)
en de oceaan (2005). Hij is daar op grote schaal aanwezig en blijkt
daar geheel verantwoordelijk voor de omzetting van ammonium in
stikstof. Daarbij komt geen CO vrij, in tegenstelling tot wat
altijd werd aangenomen. Aanvankelijk stuitten de Nijmeegse ontdekkers
op veel scepsis, maar inmiddels is anammox een hot-topic in de
wetenschap. De helft van de stikstof in de lucht is van anammox
afkomstig.
In honderden legpuzzels door elkaar...
Meer dan 98,5% van de basenparen van het genoom van de anammoxbacterie
is nu geidentificeerd en op volgorde gesorteerd. Dit was bepaald geen
routinewerk. Omdat anammox een zeer langzaamgroeiende bacterie is, was
er geen pure cultuur beschikbaar en moest er gezocht worden tussen de
genetische puzzelstukjes van andere aanwezige bacteriën. Bijna één
miljard basenparen werden geidentificeerd, waarvan uiteindelijk vier
miljoen bij anammox bleken te horen. Zo is de omvang van dit project
van dezelfde grootte orde als het bepalen van het humane genoom
... zoeken naar onbekende stukjes...
Het sorteerwerk was extra moeilijk omdat er nog maar heel weinig
bekend was van het anammox-genoom. "Alleen een stukje ribosomaal-RNA
was bekend. Daarmee zijn we begonnen. In feite probeer je uit welke
stukjes daarbij passen. Vervolgens hebben we samen met Genoscope - het
Franse genoomsequentie-instituut - in de bak met een miljard stukjes
gezocht naar het grootste stukje anammox. Zo werk je verder," vertelt
microbioloog prof. Mike Jetten.
... ze aan elkaar passen...
Het anammox-project werd uitgevoerd door een Europees consortium met
onderzoekers uit München, Wenen en Nijmegen in samenwerking met
Genoscope. "Het was ook een prestigekwestie voor ons om te laten zien
dat wij ook kunnen wat de Amerikanen doen. Dat is gelukt". Daarmee
overtrof het consortium Craig Ventor. Deze Amerikaanse
filantroop/onderzoeker ontrafelde de basenparen in een schep (100
liter) oceaanwater en ontdekte daarmee dat er nog veel onontdekt leven
in de zee zit. Wat hij echter niet deed, was het sorteren van het
genetisch materiaal per micro-organisme. "En dat hebben wij wel voor
elkaar gekregen."
... en opmerkelijk grote puzzel leggen.
Het genoom van de anammoxbacterie Kuenenia stuttgartiensis bleek
uiteindelijk veel groter dan gedacht. Waarom sjouwt de eencellige dit
kostbare erfelijk materiaal met zich mee? Wat is daarvan het
evolutionaire gewin? "Anammox is een verassend complexe bacterie die
in potentie heel veel kan," licht Jetten toe. "Hij kan veel meer
koolstofbronnen gebruiken voor de verbranding dan alleen CO en
schakelt noodgedwongen moeiteloos over op azijnzuur, mierezuur of
misschien wel glucose. En kan daarmee ook ijzer of mangaan reduceren."
"De groep van Huynen heeft berekend dat
anammox dicht staat bij de intracellulaire chlamydia's. Of anammox ook
een proto-eukaryote is, een voorloper van de celkernbezitters, konden
we niet vaststellen."
Eerdere anammoxontdekkingen waarbij de microbiologen van het Institute
for Water and Wetland Research van de Radboud Universiteit Nijmegen
betrokken waren:
* Anammoxbacterie gevonden in pilotopstelling (1995).
* Afvalwaterzuiveringsprocedée met behulp van Anammox ontwikkeld en
gepatenteerd (1997). Installatie draait nu succesvol in o.a.
Rotterdam. 90% minder CO2-uitstoot dan bij oude proces (2005).
* Laddermolecuul aangetoond in Anammox (2002). Deze moleculen zijn
volgens nobelprijswinnaar Corey "onmogelijk".
* Anammox ontdekt in de Zwarte Zee (2003).
* 2005 Anammox ontdekt in de Atlantische oceaan. Berekeningen laten
zien dat denitrificatie (de recycling van stikstofverbindingen
naar de atmosfeer) in de oceaan grotendeels voor rekening komt van
anammox. De stikstofcyclus zoals we die kenden is daarmee
binnenstebuiten gekeerd.