Thiol-Disulfide Oxidoreductases in Bacillus subtilis
Nederlandse Samenvatting: Van Cupido tot proefschrift.
(Voor mensen die geen moleculaire genetica hebben gestudeerd.)
Dit proefschrift gaat niet over Cupido, maar ik kan mij herinneren dat ik Cupido in één van mijn eerste presentaties voor een niet-deskundig publiek gebruikte als illustratie voor de eiwitten waar ik ruim vier jaar aan heb gewerkt. Cupido zorgde er voor dat twee mensen elkaar vonden en daarna samen een dans konden uitvoeren die ze nimmer alleen hadden kunnen doen. De twee personen die door de liefdes pijlen van Cupido werden geraakt, zijn representatief voor de eiwitten of eiwitgroepen die zonder elkaar niet kunnen wat ze samen wel kunnen. In het geval van de eiwitten is het niet een dans die ze kunnen uitvoeren, maar een specifieke functie in het organisme waarin ze voorkomen. Het zijn niet de liefdes pijlen die de eiwitten of eiwitgroepen bij elkaar houden, maar zogenaamde disulfide bruggen.
Om de term disulfide bruggen te begrijpen, moet ik eerst iets meer uitleggen over het eiwit in algemeen. Een eiwit kan worden gezien als een streng kralen. Er zijn rond de twintig verschillende van deze kralen (amino zuren)  beschikbaar in de natuur om de duizenden eiwitten te genereren die de basis vormen voor al het leven dat we om ons heen zien. De eiwitten verschillen in de hoeveelheid kralen en in de manier waarop deze kralen zijn gerangschikt. De volgorde van de kralen draagt in grote mate bij tot de uiteindelijke structuur van het eiwit, want anders dan een kralensnoer is een eiwit als het zijn uiteindelijke vorm heeft aangenomen niet zozeer een snoer, maar eerder een kluwen van de streng kralen. Niet zomaar een kluwen, maar een zeer georganiseerde en gestructureerde vorm die de functie van het eiwit waarborgt. Veel eiwitten bestaan uit slechts één kralensnoer, maar er zijn tevens vele eiwitten die bestaan uit verschillende van deze kralensnoeren die tezamen het uiteindelijke, werkende complex vormen. Eén van de twintig kralen, de zogenaamde cysteine, heeft de bijzondere eigenschap dat het kan worden gekoppeld aan een andere cysteine. De koppeling tussen deze twee gelijke kralen wordt bewerkstelligd door de disulfide brug.
Hoewel er talloze eiwitten zijn die zonder disulfide bruggen hun functies uitvoeren, zijn er eveneens vele voorbeelden van eiwitten die zonder de disulfide brug of bruggen niet of slechts gedeeltelijk hun uiteindelijke structuur verkrijgen en daardoor inactief of minder efficient zijn of overgevoelig zijn voor afbraak door andere eiwitten. Vorming van deze disulfide bruggen gaat echter niet zomaar. Er zijn speciale eiwitten die enkel als taak hebben om disulfide bruggen te vormen in andere eiwitten. Eiwitten die specifieke reakties uitvoeren, worden ook wel aangeduid als enzymen en de speciale groep enzymen die zorg draagt voor disulfide brug vorming wordt aangeduid met de term thiol-disulfide oxidoreductases. Het zijn deze eiwitten waar dit proefschrift over gaat.
Het eerste hoofdstuk gaat ten eerste over disulfide brug vormende enzymen in de bacterie Escherichia coli, welke in laboratoria overal ter wereld wordt gebruikt en daarmee waarschijnlijk de meest gebruikte bacterie is op deze planeet. Het is de zelfde bacterie die ook voorkomt in de menselijke darm en het verhaal gaat dat de isolatie in de jaren vijfig van de vorige eeuw plaats vond op het toilet en dat iedereen vandaag de dag met afstammelingen werkt van deze stam. Hetgeen bekend is over disulfide brug vormende enzymen in E. coli passeert hier de revu. Het eerste hoofdstuk behandelt ten tweede de bacterie Bacillus subtilis, die misschien iets minder gebruikt wordt in laboratoria dan E. coli, maar veelbelovend is als het gaat om productie van eiwitten met behulp van bacteriën. Anders dan E. coli werd B. subtilis geïsoleerd uit de bodem. B. subtilis is de bacterie waarvan de disulfide brug vormende enzymen worden onderzocht in dit proefschrift.
Bacillus subtilis staat er om bekend dat het genetisch materiaal kan opnemen uit zijn omgeving (competentie). Dit betekent als het ware dat wanneer B. subtilis gereedschap ziet liggen dat het kan gebruiken, het dit opneemt en mee kan geven aan volgende generaties. Het bleek dat twee van de disulfide brug vormende enzymen nodig zijn voor dit proces, iets dat wordt beschreven in hoofdstuk 2.
Hoewel bacteriën geen last kunnen hebben van hoofdpijn, kunnen ze wel degelijk last hebben van stress. In hoofdstuk 3 wordt dit nader onderzocht en het blijkt dat de stress kan toenemen als bepaalde disulfide brug vormende enzymen worden weggehaald. Een ander negatief effect van het weghalen van disulfide brug vormende enzymen wordt besproken in hoofdstuk 4, waar wordt getoond dat B. subtilis in dit geval niet meer kan zwemmen.
Net zoals wij bacteriën die ons ziek maken bestrijden met antibiotica, is ook B. subtilis uitgerust met dit wapen om collega bacteriën de das om te doen indien nodig. Het maakt daarom zelf een soort antibioticum dat sublancine 168 wordt genoemd. Ook hier bleek de noodzaak van de aanwezigheid van disulfide brug vormende enzymen en dat was geen wonder, want sublancine 168 bevat twee disulfide bruggen. De resultaten en conclusies van dit onderzoek staan beschreven in hoofdstuk 5.
Hoofdstuk 6 beschijft de ontdekking van twee leden van een nieuw type disulfide brug vormende enzymen. Normaal is er in de thiol-disulfide oxidoreductases altijd een motief van vier kralen aanwezig, waarbij de twee buitenste kralen worden gevormd door cysteines. In het geval van deze twee nieuwe enzymen is slechts aan één kant van dit motief een cysteine aanwezig.
De proefjes en experimenten die werden gedaan om meer inzicht te krijgen in de werking van de disulfide brug vormende enzymen in B. subtilis en die nog niet waren behandeld in de voorgaande hoofdstukken moesten natuurlijk ook een plaatsje hebben en dit werd logischerwijs hoofdstuk 7.
Tenslotte worden de resultaten van de voorgaande hoofdtukken nog eens kort bediscussieerd in hoofdstuk 8. Tevens wordt hier iets uit de doeken gedaan over toepassingen van dit onderzoek, want wat willen we er nou eigenlijk mee. Zoals al eerder werd aangegeven staat B. subtilis bekend om zijn productie capaciteit en dat is één van de redenen dat dit onderzoek werd uitgevoerd in deze bacterie. Met behulp van B. subtilis hopen we namelijk verschillende eiwitten te kunnen produceren die kunnen dienen als medicijn of die op hun beurt zelf kunnen worden gebruikt om medicijnen te produceren. Vele van deze eiwitten bevatten disulfide bruggen en dus is het erg belangrijk om te weten hoe het proces van de vorming van deze disulfide bruggen in B. subtilis verloopt. Begrip van dit proces in B. subtilis zal ook leiden tot meer inzicht in de zelfde processen in andere organismen. Sommige ziekteverwekkers en aandoeningen zijn afhankelijk van disulfide brug vorming en als we bijvoorbeeld een manier vinden om dit proces te verstoren, kunnen we deze ziektes wellicht beter bestrijden. Zover zijn we helaas nog niet, maar hopelijk draagt mijn proefschrift daar in de toekomst toe bij.
	Ronald