Exploring the potential of aquaglyceroporins to enhance transport in microbial cell factories

Cellulaire membranen zijn essentiële structuren die bepalen hoe een cel functioneert. Ze reguleren welke stoffen naar binnen en naar buiten gaan en zorgen ervoor dat de cel in balans blijft. Omdat spontane diffusie door het membraan beperkt is, gebruiken organismen allerlei gespecialiseerde eiwitten om transport te sturen. Dit maakt membraantransport een belangrijk onderwerp binnen de biotechnologie, vooral voor het verbeteren van micro-organismen die worden ingezet voor productieprocessen. Binnen de vele soorten transporteiwitten vallen aquaporines (AQPs) op. Deze kanaaleiwitten komen in vrijwel alle organismen voor en staan vooral bekend om watertransport. Een subset, de aquaglyceroporines (AQGPs), kan daarnaast kleine polaire stoffen vervoeren. Zulke verbindingen zijn relevant als grondstof of product in microbiële celfabrieken. AQGPs zijn bovendien energiezuinig, vaak goed tot expressie te brengen en vertonen een brede variatie tussen soorten, wat mogelijkheden biedt om geschikte varianten te selecteren. Dit onderzoek richtte zich op het verkennen van het nut van AQGPs binnen microbiële productiesystemen en op het verkrijgen van beter inzicht in membraanpermeabiliteit voor kleine verbindingen. Voor dit werk werd een sterk vereenvoudigde bacteriestam geconstrueerd waarin een groot aantal bekende transporteiwitten was verwijderd. Deze stam maakte het mogelijk om subtielere transportprocessen te bestuderen zonder veel achtergrondactiviteit. Vergelijkingen met een standaardstam lieten zien dat sommige verbindingen moeilijker konden worden opgenomen, terwijl andere verrassend genoeg nog steeds goed werden getransporteerd. Dit suggereert dat cellen mogelijk nog onbekende mechanismen gebruiken. Verschillende experimenten onderzochten vervolgens of AQGPs de opname van diverse kleine moleculen konden verbeteren. Hiervoor werden zowel groeimetingen als biosensoren ingezet die de interne concentratie van bepaalde stoffen konden volgen. Hoewel niet alle geteste kanalen effect hadden, bleken enkele AQGPs uit gist en insecten wel degelijk de permeabiliteit voor grotere polyolen te vergroten. Daarnaast werd gekeken naar transport van andere kleine alcoholen in een tweede bacteriesoort. Door daar mogelijke transporters te verwijderen en de groei te testen, kon worden bepaald welke eiwitten een rol spelen. In één geval bleek een kanaal dat normaal andere anionen transporteert mogelijk ook een bijdrage te leveren aan alcoholopname. Het onderzoek sluit af met een bredere reflectie op membraantransport: hoe moeilijk het kan zijn om kleine passieve stromen van actieve mechanismen te onderscheiden, welke beperkingen huidige methoden hebben en hoe toekomstige studies nieuwe licht kunnen werpen op de rol van kanaaleiwitten in biotechnologische toepassingen.