Universiteit Leiden

nl en

Enzymen veranderen voor schone energie en ziektepreventie

Ze kunnen een rol spelen in stofwisselingsziekten en sterke plantenvezels afbreken: β-glycosidases zijn belangrijke enzymen in de natuur. Fredj Ben Bdira veranderde deze enzymen om zo de productie van schone energie en behandelingen van patiënten met stofwisselingsziekten te verbeteren.

Het leven is gebouwd op chemische reacties. Deze reacties kunnen spontaan plaatsvinden, maar dat kost enorm veel tijd. Organismen hebben hier gedurende hun evolutie een oplossing op gevonden: ware krachtpatsers die de reacties in minder dan een seconde laten plaatsvinden. Deze krachtpatsers worden enzymen genoemd, legt Ben Bdira uit. 'Het kan miljoenen jaren duren om spontaan een suikerpolymeer open te breken. Hierbij wordt het polymeer gehydroliseerd, met kleinere moleculen als resultaat. Echter, enzymen kunnen een suikerpolymeer in een seconde of minder afbreken. Dit is noodzakelijk om energie en moleculen te produceren die organismen nodig hebben voor hun metabolisme, dus het is essentieel voor hun overleving.’

Wijdverspreide enzymen

Als promovendus bij het Leids Instituut voor Chemisch Onderzoek onderzocht Ben Bdira gedurende vier jaar β-glycosidases . Deze enzymen zijn wijdverspreid en komen voor in ieder levend organisme. Ze spelen een rol in verschillende metabole routes. In mensen komen α-glycosidases voor in speeksel, waarin ze helpen bij de afbraak van zetmeel. Glycosidases spelen ook een rol in de communicatie tussen cellen. Het enzym heeft nog vele andere toepassingen.

Schone energie

In de laatste decennia, terwijl de wetenschap en technologie zich rap ontwikkelden, begonnen onderzoekers β-glycosidases te gebruiken om schone energie te produceren. ‘We onderzoeken hoe we fermentatie kunnen gebruiken om cellulose, wat is geëxtraheerd uit planten, te transformeren in brandstof. Hierbij zijn we afhankelijk van glycosidases, vooral β-glycosidases. Met een cocktail van andere enzymen zetten deze eiwitten cellulose om in bio-ethanol. Ik wilde weten hoe ik β-glycosidases kon herontwerpen om ze efficiënter te maken. Dat is het thema van mijn proefschrift.’

Ben Bdira bestudeerde xylanase, een type β-glycosidase dat xylaan afbreekt. ‘Xylaan is een keten van suikermoleculen dat voorkomt in celwanden van planten. Het is een belangrijk bestanddeel van hout en het op één na meest overvloedige biomassamateriaal op aarde. De vraag was hoe xylanase zo’n lange suikerketen kan afbreken. Door dit fundamentele aspect te begrijpen kunnen we het enzym manipuleren om het te gebruiken in industriële toepassingen voor de productie van biobrandstof. Toen ik het enzym manipuleerde, begon het een polymeer op te bouwen in plaats van af te breken. Dit polymeer kan worden gebruikt om een groter molecuul te gebruiken voor de productie van biobrandstof.’

Stofwisselingsziektes

In het menselijk lichaam kan elke functie - of juist het niet functioneren - van glycosidases leiden tot stofwisselingsziektes. Er bestaan drie typen β-glycosidases in ons lichaam. Als een van hen, glucocerebrosidase, niet meer goed functioneert, heeft dit accumulatie van suikers in cellen tot gevolg. Dit kan leiden tot de ziekte van Gaucher, gekenmerkt door verschillende symptomen zoals blauwe plekken, moeheid en anemie. De meest effectieve behandelingen voor de ziekte van Gaucher zijn duur en voor patiënten in veel landen onbetaalbaar.

Ben Bdira: ‘Ik probeer te begrijpen hoe glucocerebrosidase functioneert. We willen erachter komen hoe we de stabiliteit van de enzymen kunnen bevorderen in patiënten met de ziekte van Gaucher. Hierbij werken de enzymen langer en beter in de cellen, waarbij ze de geaccumuleerde suikers afbreken. Dit zou kunnen leiden tot een betaalbare behandeling voor stofwisselingsziektes zoals de ziekte van Gaucher.’

Daarvoor onderzocht Ben Bdira kleine moleculen die een interactie aangaan met glucocerebrosidase. Deze moleculen worden farmacologische chaperonne-eiwitten genoemd. Ze helpen het onstabiele enzym om weer naar behoren te werken en daarbij de stofwisselingsziektes te corrigeren. Echter, de precieze invloed van deze moleculen op het enzym is nog niet volledig bekend. Daarom bestudeerde Ben Bdira de moleculen om zo een molecuul te produceren dat bruikbaar is tegen de ziekte van Gaucher. In de toekomst hoopt hij dat deze kennis kan worden toegepast om de effecten van stofwisselingsziektes te reduceren.

Op 20 februari 2018 verdedigde Fredj Ben Bdira zijn proefschrift: Understanding functional dynamics and conformational stability of β-glycosidases.

Deze website maakt gebruik van cookies. Meer informatie