Virus bezit eigen kaliumkanaal-gen, zet eiwit-evolutie in nieuw licht

Wetenschappers hebben in het DNA van een virus dat zee-algen infecteert een gen ontdekt dat een kaliumkanaal maakt. Dat is opmerkelijk, want dit type kanaal komt normaal alleen voor in planten, dieren en mensen, nooit in bacteriën. De vondst wijst erop dat virussen zelf ingewikkelde eiwitten kunnen ontwikkelen, in plaats van ze alleen te stelen van hun gastheer.

Een kanaal dat zenuwcellen stabiel houdt

Kaliumkanalen zitten in het membraan van cellen. Ze laten kaliumionen (K+) in en uit de cel stromen en regelen zo de elektrische spanning over het celmembraan. Bij mensen is dat cruciaal voor de werking van zenuwcellen: zonder goed functionerende kaliumkanalen vuren zenuwen verkeerd of helemaal niet. Het onderzochte type heet een tandem kaliumkanaal, omdat twee van de vier bouwstenen die samen de poort vormen aan elkaar vastzitten. Van alle kaliumkanalen is dit het enige type waarvan tot nu toe geen voorlopers in bacteriën zijn gevonden. Dat maakte het al jaren een evolutionair raadsel.

Een internationaal team, met onderzoekers van de Technische Universität Darmstadt en de Hogeschool Bonn-Rhein-Sieg in Duitsland, vond een aanwijzing op een onverwachte plek: het genoom van een virus dat in zee levende algen besmet. Dit virus behoort tot de familie van de mimivirussen, een groep gigantische virussen die veel groter zijn dan gewone virussen en opvallend veel genen bevatten. In het laboratorium bouwden de onderzoekers het virale gen om tot eiwit en testten of het daadwerkelijk als kaliumkanaal werkt. Dat bleek het geval: het virale eiwit vertoont precies de functionele eigenschappen van een tandem kaliumkanaal, zo staat in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences.

Niet gestolen, maar zelf ontstaan

Virussen pikken regelmatig genen op van de organismen die ze infecteren en bouwen die vervolgens in hun eigen DNA in. Veel wetenschappers gingen er daarom van uit dat ook dit kanaalgen ooit uit een gastheer was buitgemaakt. Vergelijkend onderzoek naar de verwantschap tussen het virale kanaal en bekende kaliumkanalen bij planten en dieren laat echter iets anders zien. Het gen lijkt niet gestolen, maar van oorsprong viraal te zijn. Met andere woorden: het virus lijkt dit complexe eiwit zelf te hebben ontwikkeld, mogelijk al voordat soortgelijke kanalen in planten en dieren opdoken.

Virussen als bron van nieuwe eiwitten

Volgens bioloog Gerhard Thiel van de TU Darmstadt past deze ontdekking in een breder beeld dat de laatste jaren ontstaat: gigantische mimivirussen hebben mogelijk een belangrijke rol gespeeld in de evolutie van complexe eiwitten bij hogere organismen. Het is niet de eerste keer dat dit specifieke virus zich ontpopt als bron van bruikbare moleculaire bouwstenen. Eerder vonden onderzoekers in hetzelfde virus al een lichtgevoelig ionkanaal, dat inmiddels wordt gebruikt binnen de optogenetica, een onderzoeksveld waarmee hersencellen met licht aan en uit worden gezet en dat recent nog met een Nobelprijs werd erkend. Gigantische virussen blijken dus niet alleen besmettelijke deeltjes, maar ook een rijke verzameling bouwstenen die de evolutie van het leven mogelijk mee heeft vormgegeven.