Voor het eerst zijn natuurlijke enzymen geïsoleerd die tolueen produceren. Mogelijk hebben we voor zulke basale brandstofcomponenten straks óók geen aardolie meer nodig, schrijft Berkeley-onderzoeker Jay Keasling in Nature Chemical Biology.

Dat er tolueenproducerende bacteriekolonies bestaan, met name in zuurstofloze (anoxische) waterbodems, was al meer dan dertig jaar bekend. Maar niemand wist hoe ze het precies deden. Er moest haast wel een fenylacetaatdecarboxylase aan te pas komen, maar men kon het niet vinden.

In welke bacteriesoort dat enzym precies zat, wist men ook niet. Er waren een paar kandidaten maar hun tolueenproductie in vitro bleek niet reproduceerbaar. En om maar met de deur in huis te vallen: Keasling weet het nog steeds niet zeker, al heeft hij wel een vermoeden.

Om zijn fenylacetaatdecarboxylase te vinden heeft hij simpelweg alle bacteriën uit twee tolueenproducerende kolonies door de analytische molen gehaald en zowel de genen als de eiwitten die hij aantrof uitgebreid in kaart gebracht.

Daarbij hielp het dat eerdere experimenten aanwijzingen hadden opgeleverd dat het gezochte enzym een zogeheten glycylradicaalenzym (GRE) moest zijn, dat pas actief wordt wanneer een tweede enzym een glycine in de eiwitketen omzet in een glycylradicaal. Dat zou alvast de noodzaak van een zuurstofloos milieu verklaren: GRE’s kunnen absoluut niet tegen O₂. En er bestaat warempel een p-hydroxyfenylacetaatdecarboxylase dat eveneens een GRE is.

Door het gevonden ‘metaproteoom’ chromatografisch op te splitsen in steeds kleinere fracties en te kijken of die nog tolueen produceerden, wist Keaslings groep inderdaad een GRE te isoleren dat wel eens het gezochte enzym zou kunnen zijn. Dat bleek te kloppen. Het heeft de voorlopige naam PhdB meegekregen.

De aminozuursequentie werd teruggezocht in de genetische informatie. Het gen bleek in beide kolonies deel uit te maken van dezelfde vaste cluster van drie, en dan mag je er bij bacteriën op rekenen dat een van de twee overige genen de activerende cofactor is. Die heet inmiddels PhdA. Het derde gen is vermoedelijk een transcriptiefactor die de vertaling van de andere twee naar PhdA- en PhdB- eiwitten bevordert.

In vitro blijkt de combinatie inderdaad fenylacetaat te kunnen omzetten in tolueen.

Dor overlappende sequenties aan elkaar te plakken is het deels gelukt het genoom te reconstrueren van de bacterie waarin de tolueengenen thuishoren. Het lijkt een lid van de Acidobacteria-stam te zijn, en dus heet hij voorlopig Acidobacteria strain Tolsyn.

In het gevonden stuk genoom zit geen enkel gen dat betrokken is bij de productie van fenylacetaat. Volgens Keasling schuklt daarin wellicht de evolutionaire reden voor tolueenproductie. Aan tolueen heeft de bacterie niets en het nevenproduct CO₂ is ook geen schaarste-artikel. Maar als ze fenylacetaat importeert (en dus geen fenylazijnzuur) moet ze er een proton uit haareigen cytoplasma aan toevoegen. Als ze de tolueen vervolgens exporteert is ze dat proton kwijt en verhoogt ze dus haar inwendige pH zonder dat ze protonen actief door haar celmembraan hoeft te pompen.

Maar dat is gissen.

bron: Nature Chemical Biology