Maandag 16/09/2019

Biologie

Maak kennis met ‘klodderologie’, de revolutie in de biologie

In 2013 leek een molecule onder een cryo-elektronenmicroscoop nog een vage klodder, vandaag biedt de beeldtechniek een ultra-gedetailleerd portret. Beeld RV Martin Högbom/The Royal Swedish Academy of Sciences

Decennia werd het smalend ‘klodderologie’ genoemd omdat je er alleen vage ‘klodders’ mee zag. Maar nu biedt de nieuwste microscoop biologen een ongezien gedetailleerde inkijk in de interacties tussen moleculen in ons lichaam. ‘Dit verandert alles en leidt ons naar efficiëntere medicijnen.’

Eigenlijk weten wetenschappers ook nog veel niet over ons lichaam. Zo weten ze van slechts een derde van de menselijke eiwitten wat ze in feite doen en hoe ze werken. Nochtans liggen eiwitten aan de basis van zowat alles wat er goed en fout gaat in ons lichaam. Enig inzicht in wat ze doen en hoe ze dat doen, is dus onontbeerlijk voor de geneeskunde en het ontwikkelen van efficiënte medicijnen.

Om dat te ontdekken, moet je ze echter goed in beeld krijgen. Dankzij de ‘blobology’ of – vrij vertaald – ‘klodderologie’ lukt dat nu spectaculair veel beter.

Nochtans was de techniek jarenlang het kneusje van de klas, omdat je met dit soort nieuwe microscoop enkel vage ‘klodders’ zag. Maar twee jaar geleden wonnen drie biologen er de Nobelprijs voor Chemie mee. Ze verfijnden de nieuwe microscooptechnologie zodanig dat die nu een ultra-precies beeld geeft van interacties tussen de bouwstenen van ons lichaam, tot op het kleinste niveau van de atomen.

Omslachtig 

Sindsdien gebruikt iedereen de officiële naam: ‘cryo-elektronen’-microscopie (cryo-EM). In combinatie met doorbraken in digitale 3D-beeldtechnieken bieden deze microscopen ongeëvenaarde beelden van wat bacteriën, virussen, eiwitten en andere moleculen uitvoeren en hoe ze op elkaar inwerken.

Tot nu gebruikten onderzoekers X-stralen-kristallografie: gezuiverde eiwitten worden bewerkt tot een kristal en daarop worden röntgenstralen afgevuurd. Die leveren een patroon op, op basis waarvan je dan een portret van bijvoorbeeld een molecule kunt maken. Daaruit kunnen dan weer honderden medicijnen ontwikkeld worden.

Maar de techniek is omslachtig en de kristallisatie van eiwitten is vaak problematisch. “Het duurt doorgaans jaren en omdat je moleculen uit hun natuurlijke omgeving haalt en zwaar bewerkt, kan het op veel vlakken fout lopen. Je krijgt ook maar één snapshot”, zegt professor structurele biologie Han Remaut (VIB/VUB).

‘Het hele orkest zien spelen’

Cryo-EM toont de fysieke bouwstenen daarentegen in hun natuurlijke staat. Ze worden eerst als afgezonderde eiwitten direct in de cel ingevroren. Daarop schiet de microscoop duizenden plaatjes uit verschillende hoeken en op verschillende momenten. Vervolgens plakken biologen alles aan elkaar en krijg je een driedimensioneel, dynamisch beeld. Zulke filmpjes tonen hoe bijvoorbeeld hoe chemische stoffen in cellen getransporteerd worden of hoe moleculen van het immuunsysteem het griepvirus aanvallen. “Nu is het alsof je het hele orkest ziet spelen”, zegt professor structurele biologie Peter Rosenthal van het Francis Crick Institute in London.

Dankzij ‘cryo-EM’ schakelt de zoektocht naar medicijnen tegen onder andere dementie en infectieziektes een paar versnellingen hoger. Zeker voor nog moeilijk te genezen ziektes zoals hiv, Alzheimer, Parkinson en griep kan de voormalige ‘klodderologie’ revolutionair blijken. Het aantal onderzoekers die ermee werken is dan ook sterk toegenomen.

Ook Remaut en professor Jan Steyaert van (VIB/VUB) zijn erg enthousiast. Vorig jaar verwelkomden ze een cryo-elektronenmicroscoop aan het Centrum voor Structurele Biologie in Brussel. “Dankzij de microscoop konden wij in Nature publiceren hoe Xanax en valium precies werken”, zegt Steyaert. “Dat was nooit duidelijk. Als we de functies en structuur van alle eiwitten kennen, kunnen we ziektes begrijpen en efficiënte medicijnen maken. Die hoop wordt nu heel tastbaar.”

Voor Remaut wordt het nu eveneens veel concreter. “Wij zijn bij een voedselvergiftiging in Noorwegen gecontacteerd om die bacterie in beeld te brengen. Met de nieuwe microscoop hebben we in enkele weken tijd ongekende ziekmakende structuren ontdekt”, zegt hij. “Recent publiceerden collega’s ook structurele doorbraken in ziekteprocessen zoals malaria en de ziekte van Alzheimer. Dat zijn vraagstukken waar onderzoekers zich al 15 jaar de tanden op stuk bijten. Dit verandert alles.”

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met De Morgen?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van De Morgen rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234