Vrijwel alle eukaryoten stoppen sterolen in de celmembranen voor stevigheid, maar dat levert tegelijkertijd een metabole handicap op. Voor synthese van sterolen is namelijk zuurstof nodig. Zonder zuurstof geen sterolen en geen celgroei, zegt Sanne Wiersma, promovendus bij de groep van industrieel microbioloog Jack Pronk (TU Delft). ‘Sterolen zijn procentueel geen hoofdbestanddeel in de celmembraan, maar ze zijn wel onmisbaar. Ze vormen een soort kit die zorgt voor stevigheid en lekdichtheid.’

Wiersma’s promotie richtte zich aanvankelijk vooral op enzymatische routes die bakkersgist kunnen bevrijden van de afhankelijkheid van zuurstof. Haar collega Jonna Bouwknegt deed onderzoek aan allerlei minder gangbare gistsoorten. Die onderzoekslijnen kwamen onverwacht bij elkaar. Een van de gisten van Bouwknegt deed namelijk het onmogelijke: Schizosaccharomyces japonicus bleek ook zonder zuurstof te groeien. De grote vraag was: hoe?

‘Jonna stond dansend naast mijn tafel toen we de eerste indicaties hadden dat deze gist hopanol maakt’

Deze gistsoort heeft twee genetische oplossingen in huis, blijkt na talloze kweekexperimenten en GC-MS-bepalingen. Als er voldoende zuurstof is staat de sterol-synthese aan. Onder zuurstofloze omstandigheden wordt die rol overgenomen door hopanol, een triterpeen dat sterk lijkt op sterol. ‘Hopanol is eigenlijk een molecuul dat je vooral ziet in membranen van bacteriën. Dat we zoiets in een gist vonden, was een verrassing’, zegt Bouwknegt. Wiersma vult aan: ‘Ik herinner me nog goed het moment dat Jonna dansend naast mijn tafel stond toen we de eerste indicaties hadden dat deze gist hopanol maakt.’

Het enzym dat verantwoordelijk is voor de synthese van hopanol is squaleen-hopeen cyclase. Het is een mooi voorbeeld van horizontal gene transfer: de voorouder van deze gist moet het gen lang geleden hebben overgenomen van een azijnzuurbacterie. Onder zuurstofarme omstandigheden kan zo’n extra gen een flink evolutionair voordeel geven omdat celgroei niet meer volledig afhankelijk is van sterolen.

Schizosaccharomyces japonicus is geen echt populair micro-organisme. Er zijn geen dikke laboratoriumhandleidingen voor. Bovendien is strikt anaerobe kweek een uitdaging, omdat zelfs zuurstof in nanomolair-concentraties voldoende kan zijn voor een beetje sterolsynthese en groei. Daarom werkten Bouwknegt en Wiersma in anaerobe kweekkasten met lange rubberen handschoenen plus luchtsluis.

‘Het was een bijzonder project waarbij we veel gekke oplossingen moesten verzinnen in het lab’

‘We hebben veel zelf moeten uitvogelen’, vertelt Wiersma. ‘Deze soort groeit bijvoorbeeld beter in het donker. We moesten dus een mobiele donkere kamer rond onze een van de luchtdichte kweekkasten bouwen. En we wilden de synthese van sterolen helemaal platleggen. Dan moet je echt je best doen om zuurstof uit te sluiten.’

Met het overplaatsen van het cyclase-gen naar bakkersgist lukt het om die gistsoort ook hopanol te laten maken. Daardoor is de groei niet meer afhankelijk van zuurstof en sterolen. Toch doet deze bakkersgist met nieuwe eigenschap het niet echt van harte. ‘Er zijn meer aanpassingen nodig om het goed te laten werken’, zegt Wiersma. ‘Door japonicus verder te bestuderen kunnen we daar ongetwijfeld meer over te weten komen.’

De publicatie in PNAS vormt het sluitstuk van twee promotietrajecten. ‘Dit is wel mijn favoriete onderzoekslijn geworden’, constateert Wiersma. ‘Het was een bijzonder project waarbij we veel gekke oplossingen moesten verzinnen in het lab. Het was erg leuk dat we dat samen konden oppakken.’ Bouwknegt: ‘Toen we begonnen zagen we dit niet aankomen. We konden dit ook doen omdat het onderdeel was van een ERC-project. Dan krijg je de ruimte om een toevallige observaties verder te onderzoeken.’