Stimulans voor medische en biotechnologische vooruitgang: Zijn blauwgroene algen de kleine supersterren van morgen?

Hier is de vertaling:

Afbeeldingen van Dr. Michelle Gehringer (links) en haar masterstudentin Katharina Ebel (rechts). De foto mag gratis worden gebruikt in het kader van verslaggeving. (Bron: TUK/Koziel)

Cyanobacteriën zijn ouder dan de mensheid en spelen een centrale rol in de stofkringloop van de aarde: ze fixeren kooldioxide en produceren zuurstof via fotosynthese. Dat er nog meer potentieel in blauwgroene algen schuilt, wil nu een team van onderzoekers van de TU Dresden samen met Dr. Michelle Gehringer van de TU Kaiserslautern en wetenschappers van de Hochschule Kaiserslautern bewijzen. Ze ontcijferen het erfgoed van de micro-organismen om te ontdekken of en hoe deze kunnen worden ingezet als producenten voor economisch en medisch waardevolle stoffen. Hiervoor heeft het team een van de begeerde sequencing-grants van het Joint Genome Institute (JGI), VS, binnengehaald.

Voor het menselijke oog zijn cyanobacteriën bijvoorbeeld zichtbaar bij de hittegerelateerde algenbloei op de oppervlakte van badmeren. Daarnaast vormen ze ook zichtbare korsten of gekleurde bedekkingen op gesteente of op de bodem, of leven ze symbiotisch in planten. Wat hen in de natuur zo waardevol maakt: "De blauwgroene algen hebben de aarde al vóór de planten gekoloniseerd en hebben cruciaal bijgedragen aan het ontstaan van het leven zoals wij dat kennen," legt Dr. Michelle Gehringer uit, die aan de TUK de werkgroep Geo- en Milieu-microbiologie leidt. "Dankzij hun vermogen tot fotosynthese hebben ze de zogenaamde 'zuurstofcatastrofe' veroorzaakt. Zo zijn grote hoeveelheden zuurstof in één keer in de atmosfeer terechtgekomen."

Gehringer onderzoekt cyanobacteriën al meer dan 20 jaar. "Tijdens mijn promotie in Zuid-Afrika ben ik begonnen met het bestuderen van blauwgroene algen en de bijproducten die ze afscheiden," vertelt de in Engeland geboren onderzoekster. "Bekend zijn bijvoorbeeld de giftige stoffen die tijdens een algenbloei in wateren terechtkomen, en die schadelijk kunnen zijn voor dieren en mensen. Mijn interesse ging vooral uit naar de vraag hoe en onder welke milieufactoren de organismen deze zogenaamde secundaire metabolieten produceren." Sindsdien richt de onderzoekster zich op de biologische diversiteit van blauwgroene algen en, daarmee verbonden, hun aanpassingsvermogen aan extreme klimatologische omstandigheden. Inmiddels heeft ze een groot aantal stammen in de natuur bestudeerd, in het laboratorium gekweekt en de 'verzameling' uiteindelijk meegenomen naar de TU Kaiserslautern.

Blauwgroene algen als 'werkplaatsen voor bio-actieve stoffen'

Het vermogen van blauwgroene algen om naast de voor hun metabolisme belangrijke stoffen nog andere biologisch actieve stoffen te produceren, benut Gehringer nu in samenwerking met haar collega-onderzoekers in het genomproject. In de eerste fase ontcijfert het team het erfgoed van in totaal 40 cyanobacteriestammen om het volledige natuurlijke potentieel aan stoffen in kaart te brengen. Met behulp van methoden uit de synthetische biologie en biotechnologie moeten de verkregen informatie vervolgens worden gebruikt voor gerichte ontdekking van nieuwe werkzame moleculen. Het uiteindelijke doel is te begrijpen hoe en onder welke omstandigheden de algen nuttige en economisch waardevolle stoffen in grote hoeveelheden kunnen produceren. In tijden van toenemende antibioticaresistentie en viruspandemieën hopen de onderzoekers vooral belangrijke inzichten te verkrijgen voor medische vooruitgang.

Omdat Gehringer de cyanobacteriën of 'geheime helden' van de aardgeschiedenis als geen ander kent, hebben Dr. Paul D’Agostino en Prof. Dr. Tobias Gulder (van de leerstoel Technische Biochemie aan de TU Dresden en hoofdaanvragers van het genomproject) hen in het team gehaald. Hun taak in het project: samen met haar masterstudentin Katharina Ebel bereidt ze een derde van de onderzochte bacteriestammen zo voor dat de JGI later de DNA-sequenties kan bepalen. En ze onderzoekt hoe de optimale productiemethoden eruit moeten zien, zodat de cyanobacteriën hun volledige capaciteit kunnen benutten.

“Dit project past heel goed bij de onderzoeksrichtingen binnen ons vakgebied,” vat Gehringer samen. “Een bijzondere schakel vormt de werkgroep van Prof. Nicole Frankenberg-Dinkel, die onder andere de pigmenten onderzoekt die verantwoordelijk zijn voor de fotosynthese in cyanobacteriën. Vooral het rode, lichtgeïnduceerde 'Chlorofyl f', dat ervoor zorgt dat cyanobacteriën zelfs in de schaduw nog zuurstof kunnen produceren.”

Vragen beantwoord door:

Dr. Michelle Gehringer
Tel.: 0631 205-2199 / 0174 9173561
E-mail: mgehring@bio.uni-kl.de