Nieuwe methode voor het scheiden van moleculen maakt recyclen eenvoudiger

UT-onderzoeker dr. ir. Saskia Lindhoud en promovendus Jéré van Lente hebben een doorbraak bereikt in hun onderzoek naar het scheiden van moleculen, schrijft Universiteit Twente in een persbericht. Het onderzoek van Lindhoud en Van Lente is deze week gepubliceerd in het internationale tijdschrift Small van Wiley, Rising Stars series. 

Dr.ir. Saskia Lindhoud: “Wij zijn in ons onderzoeksproces geïnspireerd door de manier waarin de biologie moleculen gescheiden worden. Wij hebben een nieuwe methode ontdekt waarin wij een enzym konden scheiden uit een complex eiwit mengsel. Het enzym hield zijn specifieke eigenschappen daarbij volledig.”

Lindhoud legt uit: “Zo’n scheidingsproces van moleculen is maatschappelijk heel relevant. Denk aan het terugwinnen en recyclen van waardevolle moleculen of medicijnresten uit afvalwater. Of zelfs het terugwinnen van bepaalde chemische stoffen uit afvalwater zodat we in de toekomst minder afhankelijk worden van olie. Maar zover zijn we helaas nog niet. Wij blijven puzzelen op andere vragen die nog bestaan in het onderzoeksproces van het scheiden van moleculen. Onze bevindingen zijn echter een goede stap in die richting.”

Onderzoeksproces

Lindhoud en Van Lente gebruikten voor hun onderzoek gewoon een pak ei-eiwitpoeder uit de supermarkt. In dit poeder komt een enzym ‘lysozym’ in redelijke concentratie voor. Lindhoud: “Uit onze resultaten blijkt dat we inderdaad lysozym selectief kunnen opnemen uit dit ei-eiwit mengsel. Bovendien blijft het enzym lysozym hierbij ook nog actief, de structuur van het enzym wordt door de manier van onze scheiding in moleculen niet aangetast. Lysozym is nog steeds in staat om af te breken. En bij het scheiden van moleculen is het belangrijk dat de eigenschappen van het enzym bewaard blijven.”

Het scheiden van moleculen

De methode die Lindhoud gebruikt om moleculen van elkaar kan scheiden, is geïnspireerd op biologische systemen. Cellen zijn er bijvoorbeeld goed in om ervoor te zorgen dat de juiste moleculen op de juiste plek zijn om deel te nemen biologische processen. Een manier waarop cellen dit voor elkaar krijgen is om gebruik te maken van compartimenten. In het klassieke plaatje van de cel zijn deze compartimenten omgeven door een membraan en worden deze organellen genoemd. Deze organellen drijven in het cytosol, de cellulaire vloeistof.

Maar, het lijkt er steeds meer op dat dit cytosol enorm gestructureerd is en ook uit compartimenten bestaat, zogenaamde membraanloze organellen. Deze zien eruit als druppels en vormen door water-in-water fasenscheiding. Een hypothese is dat deze membraanloze organellen ervoor zorgen dat de juiste moleculen op het juiste moment op de juiste plek zijn. Lindhoud: “Als we begrijpen hoe membraanloze organellen zo precies kunnen scheiden, biedt dat mogelijkheden voor scheidingen in chemische processen. Veel membraanloze organellen vormen via interacties tussen positief en negatief geladen groepen op eiwitten en RNA.

In ons lab bootsen we dit na met positief en negatief geladen polymeren. Een polymeer is een lang molecuul dat bestaat uit een lange keten van gelijke delen, monomeren genaamd. In ons onderzoek zijn de monomeren dan wel positief dan wel negatief geladen. Als je oplossingen  van deze positief en negatief geladen polymeren met elkaar mengt, worden druppelachtige structuren gevormd met vergelijkbare eigenschappen als membraanloze organellen. Onze model druppels kunnen net als membraanloze organellen selectief een eiwit, in ons geval lysozym, uit een complex eiwitmengsel opnemen.”

Ook interessant: Productie van basismoleculen kan duurzamer in Europa