Poepbacterie verbetert mossellijm

Door: Gerbrand Gaaff
Datum: 30 oktober 2014

Byssusdraden met hechtvoetjes, foto Sytske Dijksen, Foto Fitis

"Veel zeedieren hechten zich aan het hardsubstraat" Dit soort zinnetjes zijn te vinden in talloze boekjes over zeebiologie, maar als je je gaat afvragen hoe die zeedieren dat voor elkaar krijgen stuit je op een wonderbaarlijk fenomeen. De zeedieren produceren lijmstoffen met eigenschappen die veel geavanceerder zijn dan door mensen gemaakte lijmen. Daarom zoeken biotechnologen al jarenlang naar mogelijkheden om die 'mossellijmen' na te maken. Dat lijkt nu gelukt.

De hel op aarde

Spatwater over suikerwier. Foto Sytske Dijksen, Foto Fitis

De getijdenzone van een zeedijk of strekdam is een bijzonder onvriendelijke plek om te leven. Twee keer per dag komt het water, twee keer per dag gaat het water weer. In de zomer wisselen koelte en hitte elkaar af. De branding kan met veel geweld komen aanrollen. De dieren die hier leven hebben mechanismen ontwikkeld om zich te beschermen. Alikruiken kunnen zich tijdelijk vastlijmen op de stenen, zeepokken en mosselen kiezen voor een permanente lijmverbinding met de ondergrond. Van al deze dieren is de manier van hechting van de mosselen het meest onderzocht.

Superlijm

Mosselbroed op strandhoofd, samen sterk,  foto Sytske Dijksen, Foto Fitis

Mosselen hechten zich aan de ondergrond, en aan elkaar, met behulp van byssusdraden. Dit zijn extreem sterke, elastische draden van eiwit, handig om de klappen van de golven op te vangen. Aan het eind van een byssusdraad zit een hechtvoetje, dat is vastgelijmd aan de ondergrond. De lijm bestaat uit hele specifieke eiwitten, die mussel foot proteins (MFP's) worden genoemd. Het wonderlijke is dat deze lijm goed blijft werken in zeewater en dat het voetje op stenen en schelpen kan worden vastgelijmd, maar ook op bacterieslijm of een algenfilm. Die unieke combinatie van eigenschappen zou ook heel goed kunnen worden toepast in de medische wereld, bijvoorbeeld bij het hechten van operatiewonden.

Moleculair biologen hebben de werking van de MFP's uitgebreid onderzocht. Daaruit blijkt dat een mossel een cocktail van lijmeiwitten toepast, zodat de voetjes op vrijwel alle ondergronden gehecht kunnen worden. Binnen deze cocktail valt het lijmeiwit met de codenaam MFP-5 het meest op. De onderzoekers noemen dit een 'adhesive gorilla' omdat het een van de allersterkste lijmstoffen op aarde is.

MFP's (rood, platte spiralen) en Coli-lijmstof (blauw en groen, gekrulde draden) gecombineerd. Foto Yan Liang, uit http://newsoffice.mit.edu/2014/new-adhesives-stick-in-water-0921

Escherichia coli

Op zoek naar een manier om de mossellijmen te kunnen produceren voor technologische toepassingen heeft een onderzoeksteam onder leiding van Chao Zhong  (School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University ) de hulp ingeroepen van de bacterie Escherichia coli. Deze bacterie leeft in het darmkanaal van alle warmbloedige dieren, en wordt veel gebruikt bij biotechnologisch onderzoek. Aanvankelijk werd de bacterie gemodificeerd zodat hij enkele MPF's kon produceren, maar de geproduceerde lijmstof was lang niet zo sterk als de cocktail die mosselen zelf maken. De bacterie produceert echter zelf ook kleefstoffen op eiwitbasis, die qua ruimtelijke structuur sterk van karakter verschillen van de MFP's. Door een aanpassing van de genetische manipulatie kan de bacterie nu een combinatie van eigen kleefstof en MPF's produceren. Deze combinatie blijkt zelfs sterker, en even veelzijdig te zijn als de gewone superlijm van de mossel. De technologie lijkt rijp voor grootschaliger productie en toepassingen in de praktijk.

Bronnen

Chao Zhong et al. Strong underwater adhesives made by self-assembling multi-protein nanofibres. Nature Nanotechnology, published online September 21, 2014; doi: 10.1038/nnano.2014.199

Mussel-Inspired Waterproof Adhesives Could Help Heal Wounds, Repair Ships. Populair wetenschappelijk artikel, gebaseerd op Chao Zhong et al.

Trafton, A: Engineered proteins stick like glue — even in water, MIT News Office 2014
Populair wetenschappelijk artikel, gebaseerd op Chao Zhong et al.