Zou leven kunnen bestaan zonder water? In ieder geval is een bouwsteen ontdekt die zonder water kan functioneren: een bepaald enzym.
Water toch niet zo onmisbaar voor leven als gedacht
Water lijkt onmisbaar voor leven. Op aarde is er geen levensvorm die functioneert zonder water in het lichaam. Weliswaar kunnen organismen als beerdiertjes en bacteriën jarenlang overleven in gedroogde toestand, maar dan in een toestand van schijndood. Exobiologen zoeken daarom naar water, en wat een bewoonbare zone rond een ster uitmaakt, wordt bepaald door de vraag of water in vloeibare toestand kan voorkomen.
Een eiwit met polymeerjas blijkt te kunnen werken zonder water. Is dan toch leven zonder water mogelijk? Bron: (1)
Adam Perriman van de Engelse Universiteit van Bristol en zijn collega´s zijn er in geslaagd het jasje van watermoleculen dat om myoglobines hangt -eiwitten die zuurstof naar de spieren transporteren en vers vlees zijn rode kleur geven – te vervangen door een synthetisch polymeer die werkt als een smeermiddel. Hierdoor veranderen de eiwitten in een soort dikke stroop.
Vervolgens bekeken de onderzoekers met behulp van neutron scattering hoe goed de eiwitten konden bewegen. Opmerkelijk genoeg bleken de eiwitmoleculen met polymeerjasje even goed als eiwitten in water te functioneren, bleven ze flexibel en vertoonden het in waterige omgeving bekende gedrag. Waaronder het binden van zuurstof.
Kunstmatig leven op Mars of de maan
Het belang van deze ontdekking is groot. Niet alleen wordt het potentiële domein waarin zich leven kan bevinden sterk vergroot, al gaat het hier om een polymeer dat niet van nature voorkomt, ook zou je nu in principe levende organismen kunnen ontwerpen die in zeer waterarme of waterloze omstandigheden functioneren. Woestijnen vormen de eerste mogelijkheid die opkomt, maar ook in omgevingen als Mars of wellicht zelfs de maan of asteroïden zouden dit soort organismen wellicht kunnen overleven.
Geneesmiddel zonder allergische reacties
Een tweede mogelijkheid, die nu al direct kan worden benut en ook door de ontdekkers genoemd, is het ontwerpen van enzymen (eiwitten die en bepaalde biochemische reactie helpen uitvoeren) die niet door het menselijke immuunsysteem worden aangevallen. Door een polyetheenglycol (PEG) aan te brengen kan een eiwit worden “verstopt” voor het immuunsysteem en -blijkt uit deze proef- nog steeds biologisch actief zijn (tenminste als PEG ruwweg dezelfde eigenschappen heeft als het polymeer dat de onderzoekers hebben gebruikt en dat helaas niet in de samenvatting terug te vinden is, [2] stelt dat het om een PEG-achtig polymeer gaat). Kortom: de eiwitten zelf vormen de vloeistof, aldus mede-auteur Perriman.
Vloeibare eiwitpleister en schonere reacties
Onder de toepassingen die het team nu wil ontwikkelen zijn pleisters waarbij het vloeibare eiwit als pasta wordt aangebracht. Het kan dan werken als een zuurstofpomp met een chemische reactie tussen de eiwitlaag en een uit glucose bestaande afdeklaag, waarbij zuurstof door het eiwit naar de huidoppervlakte wordt getransporteerd.
Ook kan de techniek worden gebruikt voor schonere biochemische reacties. Zonder water kunnen chemische reacties en biochemische reacties nauwkeuriger op elkaar worden afgestemd: door de factor water te verwijderen worden heel veel potentiële, ongewenste chemische reacties namelijk voorkomen. Deze ongewenste reacties hebben twee nadelen: naast verlies van grondstoffen, vervuilen ze het eindproduct waardoor een lastig en duur zuiveringsproces nodig is. Ook leveren ze een afvalstroom op. Dit zou voorkomen worden als enzymen worden ingepakt in bijvoorbeeld een PEG-mantel.
Bron:
1. A Polymer Surfactant Corona Dynamically Replaces Water in Solvent-Free Protein Liquids and Ensures Macromolecular Flexibility and Activity, Journal of the American Chemical Society, 2012, DOI: 10.1021/ja303894g (weinig informatief zonder volledige toegang)
2. Neutron Scattering Explains How Myoglobin Can Perform Without Water, Science Daily, 2012
