Nieuws

Bacterie polymeriseert er luchtig op los

Arjen Dijkgraaf | dinsdag 19 mei 2020

De bacterie Shewanella oneidensis kan ‘levende’ radicaalpolymerisaties mogelijk maken onder aerobe condities.

S. oneidensis verbruikt eerst de zuurstof die de reactie in de weg zit en sluist daarna elektronen door naar de metaalionen die als katalysator dienen, valt te lezen in Nature Chemistry. Gang Fan, Benjamin Keitz en collega’s van de University of Texas at Austin hebben het uitgeprobeerd met atom transfer radical polymerization (ATRP), in 1995 geïntroduceerd door Krzysztof Matyjaszewski, die we al eens interviewden.

Net als bij alle radicaalpolymerisaties vormt de groeiende keten hierbij één groot radicaal, dat zijn losse elektron telkens doorgeeft aan de volgende bouwsteen. Het verschil is dat je bij ATRP de verlenging telkens aan- en uitzet door het elektron tijdelijk elders te stallen, meestal in een koperion dat wisselt tussen Cu2+ en Cu+. Door die vertragingstactiek worden alle ketens vrijwel even lang, terwijl er bij gewone radicaalpolymerisatie een forse spreiding in zit. Maar onverminderd geldt dat moleculaire zuurstof het groeiproces kan verpesten door de plek in te nemen van die volgende bouwsteen, wat een veel minder reactief radicaal oplevert.

Twee jaar geleden lieten Fan en Keitz al zien dat S. oneidensis ATRP kan sturen. Deze bacterie beschikt over een complex metabolisme dat zowel aerobe als anaerobe condities verdraagt. In het laatste geval overleeft hij door overtollige elektronen te lozen in zijn omgeving, liefst in metaalionen die daardoor worden gereduceerd. Velen hopen dat hij ooit afvalwater zal kunnen ontdoen van zware metalen, door de ionen om te zetten in een minder goed oplosbare vorm.

NASA onderzoekt of ook in de ruimte iets nuttigs valt te doen met die elektronen. Maar S. oneidensis blijkt er tevens het delicate evenwicht tussen Cu2+ en Cu+ in ATRP-systemen mee te kunnen verstoren, en daarmee de hele reactiekinetiek. Met de kanttekening dat de bacterie zelf stressloos gedijt in zo’n systeem; hij wordt er alleen wat trager van.

De nieuwe publicatie voegt er twee dingen aan toe. Ten eerste werkt het zelfs wanneer je je bacteriën van tevoren lyseert en alleen hun enzymen aan de ATRP toevoegt. S. oneidensis is onder meer beroemd vanwege de karakteristieke filamenten waarmee hij met zijn omgeving communiceert, maar voor deze klus heeft hij ze kennelijk niet nodig. Ten tweede blijkt hij, zolang hij nog wél leeft, de voorkeur te geven aan zijn aerobe kant. Zolang er zuurstof aanwezig is verbruikt hij die, en pas daarna gaat hij elektronen lozen.

Of het praktisch nut heeft, blijft onduidelijk. Maar de belofte dat je voortaan ATRP-experimenten kunt doen zonder dat je per se zuurstofloos moet werken, heeft natuurlijk wel iets.

Fan, G., et al. (2020). Nat. Chem.

KVCV

Lid worden van de KVCV? Ontdek de voordelen!

Logo KVCV

KVCV Facebook

De KVCV is ook op Facebook te vinden:

facebook