Dankzij een kromme waterstofbrug zijn bacteriën prima in staat om fosfaten te onderscheiden van arsenaten. En daarmee is het laatste argument voor het bestaan van een ‘arseenbacterie’ van tafel, suggereren Israëlische onderzoekers in Nature.

Tot nu toe snapte niemand dat een bacterie dat verschil kon zien. Fosfor- en arseenionen zijn immers vrijwel even groot en vormen gelijksoortige chemische verbindingen. Vandaar dat het voor de hand lag dat bacteriën in arseenrijke omgevingen uiteindelijk een manier zouden vinden om het onderscheid niet meer te hoeven maken.

Maar Mikael Elias, Dan Tawfik en collega’s van het Weizmann-instituut in Rehovot laten nu zien dat de periplasmische eiwitten (PBP’s) waarmee bacteriën fosfaten uit de omgeving binden, het onderscheid zonder moeite kunnen maken. Die eiwitten omsluiten zo’n fosfaat, waarbij ze het rondom vasthouden met een stuk of 12 waterstofbruggen. En belangrijk daarbij is dat ze het niet als PO₄^3- binden maar als HPO₄^2-.

Als ze proberen arsenaat te binden, dan willen ze dat dus ook doen in de vorm van HAsO₄^2-. Maar doordat de arseenkern 4 procent groter is, zit die waterstof onder een net iets andere hoek aan het arsenaat vast dan aan fosfaat. Het maakt volgens de auteurs maar 13 graden uit, maar dat is voldoende om een van de waterstofbruggen tussen arsenaat en eiwit te laten wringen. Hierdoor valt het hele krachtenspel tussen die twee aan duigen.

De auteurs hebben het met een vijftal bacteriële PBP’s uitgeprobeerd, waaronder twee uit de GFAJ-1-stam die vorig jaar uit een arseenrijk meer werd gevist en daarna kortstondige faam genoot als ‘arseenbacterie’. Allemaal bleken ze minstens 500 keer liever fosfaat te binden dan arsenaat. Bij een van de GFAJ-1 eiwitten was het verschil zelfs een factor 4.500, wat voor het eerst écht goed verklaart hoe die soort in een arseenrijke omgeving kan overleven.

De verhoogde selectiviteit blijkt overigens te liggen aan één asparaginezuur-residu op een cruciale plek in de eiwitketen. Met andere woorden: er was maar één mutatie nodig voor de vereiste handigheid om schaars fosfaat selectief uit het water te vissen. Niet voor niets blijkt het gen voor dit eiwit extra tot expressie te komen wanneer je de bacterie in een fosfaatarme omgeving kweekt.

bron: Nature, C&EN