Sommigen verkiezen een warme zomer, anderen een koude winter. De warmteminnende bacteriën die ik onderzoek verkiezen een extra warme broedstoof. Hoe overleven ze hierin en wat betekenen ze voor ons?
Beeld: Luna Lovegood via Pexels
Splash! Jouw lachend kind springt in een modderplas, en je weet meteen dat je straks weer een berg vuile was hebt. Na de wasbeurt komt het beslissende moment: je haalt de kleren uit de wasmachine en hoopt dat alleen de mooie herinnering blijft en niet de vlekken. Gelukkig zijn er wasmiddelen met enzymen die vuil actief afbreken. Oef! De vlekken zijn verdwenen.
Hoe blijven deze kleine enzymen effectief in de extreme omstandigheden van onze wasmachine? Daarvoor moeten we kijken naar hun oorsprong. Ze komen uit warmteminnende bacteriën die groeien bij temperaturen tussen de 45 en 60 °C! Voor mij net te warm, en dat voel ik ook wanneer ik mijn bacteriën uit de broedstoof haal. Deze bacteriën zijn in staat om bij hoge temperaturen te groeien dankzij een aangepast lichaam.
Ten eerste draagt de bacterie een hittebestendige jas uit verzadigde vetten. Die vermijden dat de jas smelt bij de extreme temperaturen en de bacterie onbeschermd achterlaat. Daarnaast moet ook alles in de bacteriële cel beschermd worden tegen de extreme hitte. Thermofiele bacteriën beschikken hiervoor over chaperonne - eiwitten. Die binden met andere eiwitten en houden die zo in de juiste vorm bij hoge temperaturen.
Hun taak is vergelijkbaar met de vroegere sociale chaperon - een ouder persoon die een jong persoon helpt fatsoenlijk te blijven en zijn of haar reputatie te beschermen onder sociale druk. Net zoals deze chaperons hielpen bij het handhaven van gedrag, helpen moleculaire chaperonnes bij het behouden van de juiste eiwitstructuur onder thermische druk.
Al die aanpassingen brengen wel een extra energiekost met zich mee. Om dit te compenseren zetten warmteminnende bacteriën suikers uit hun omgeving om in energie. Suikermoleculen bevatten veel energie die op een korte tijd kan vrijkomen. Net zoals het druivensuikertje dat ik nam om mijn mentale dip te compenseren, snel en krachtig!
Enzymen als grasmaaiers
Hoe zit dat dan met die enzymen in je wasmiddel? Hun structuur zorgt ervoor dat ze heel stabiel zijn. De binnenkant van het eiwit is namelijk stevig gebonden met de buitenkant. Daarnaast zijn die eiwitten kleiner en compacter, waardoor de structuur beter behouden blijft bij extreme condities, zoals in de wasmachine. Een chaperon is in dit geval overbodig.
Niet enkel bij het wassen maar ook bij het maken van kledij worden zulke enzymen gebruikt! Bijvoorbeeld om een nieuwe jeans een oudere - afgeleefde - uitstraling te geven. Een blauwe jeansbroek kleurt blauw doordat de uitstekende draadjes katoen blauw worden gekleurd. Die bovenste draadjes kun je het best vergelijken met de grassprietjes van je gazon die uit de grond komen. De grond is bruin maar door de groene kleur in gras kleurt alles groen. De enzymen, die voor grasmachine spelen, zullen de uitstekende draadjes blauw katoen losknippen zodat de blauwe kleur verdwijnt.Als gevolg krijg je lokaal een blekere kleur, wat die afgeleefde look geeft (of een authentiek gazon).
Een soort warmteminnende bacteriën kan door de ruimte reizen zonder te sterven
Maar enzymen kunnen veel meer dan hardnekkige vlekken verwijderen uit onze was, en een afgeleefde broek maken. Zo zijn er enzymen die zetmeel helpen verknippen naar siroop. Zetmeel is een lange ketting van suikermoleculen. Wanneer enzymen de ketting knippen krijgen we kleinere suikermoleculen die een siroop vormen. Deze siroop is zoeter dan gewone suiker en is daarom goed geschikt om in voeding als zoetmaker te dienen. Het omzetten van zetmeel naar siroop verloopt gemakkelijker op een erg hoge temperatuur en de enzymen in dit proces zijn bestand tegen temperaturen van 90°C – 100°C! Hot, hot, hot!
Wat ook een hot topic is, is hernieuwbare energie. Je las er wellicht al veel over, maar wist je dat die warmteminnende bacteriën hier ook een mooie rol kunnen vervullen? Er bestaan namelijk warmteminnende bacteriën die op hoge temperatuur groeien op afval uit de landbouw, zoals de stengels van maïs. Ze doen dit door enzymen (hier zijn ze weer!) te maken die de lange suikerketens in landbouwafval knippen. Dit is te vergelijken met het voorbeeld van de siroop hierboven, maar nu zullen de bacteriën zelf de suiker gebruiken om unieke producten aan te maken. Het zijn snoepers, die bacteriën! Een belangrijk voorbeeld van die unieke producten is bio-ethanol die wordt gebruikt als brandstof voor auto’s. Wie had durven denken dat zo’n minuscuul organisme een grote auto van brandstof kon voorzien?
Buitenaards!
Als bovenstaande voorbeelden je er nog niet van konden overtuigen dat deze warmteminnende bacteriën fantastisch zijn: hier volgt nog een laatste voorbeeld. Een specifieke soort warmteminnende bacteriën is in staat om door de ruimte te reizen zonder te sterven. Deze bacteriesoort is zo sterk dat zelfs de vernietigende kosmische straling geen effect heeft. Hierdoor is ook de suggestie ontstaan dat het leven op aarde van buitenaf kwam, dus door extreem stabiele bacteriën die op uitstap waren naar een nieuwe planeet, planeet aarde!
Hierbij heb ik maar een klein tipje van de sluier gelicht over de veelzijdigheid van de warmteminnende bacteriën. Ze zijn soms uitdagend om mee te werken, maar hebben een buitenaards groot potentieel in heel veel verschillende industrieën. Bedankt om mijn blog te lezen, nu trek ik mijn ovenwanten weer aan en ga verder aan de slag met mijn snoepende warmteminnende bacteriën!
