VUB-biologen zoeken kleinste details eiwitten in oud studentenkot

VUB-professor Jan Steyaert bij de nieuwe cryo-elektronenmicroscoop.© Saskia Vanderstichele

In een van de vroegere betonnen studentenkoten van de VUB staat sinds kort een revolutionaire reuzenmicroscoop waarmee wetenschappers de structuur van de kleinste eiwitten kunnen ontrafelen. “Als je de structuur kent, kan je ziektes genezen,” zegt VUB-professor Jan Steyaert.

microscoop adrenoreceptor BRUZZ ACTUA 1627
© VUB
| Zo ziet het eiwit eruit waarop het hormoon adrenaline bindt.

In Steyaerts laboratorium voor structuurbiologie doet een honderdtal wetenschappers al jaren onderzoek naar eiwitten. Wat is hun functie en hoe zien ze er op moleculair niveau uit? “Niet alleen wij doen het. Wereldwijd zijn tienduizenden biologen bezig met het doorgronden van eiwitten. Het zijn de bouwstenen van het menselijk lichaam,” legt Steyaert uit. “Alle functies van het lichaam worden uitgevoerd door eiwitten. Voor elke taak – bewegen, verteren – is er een ander eiwit. Een volwassen menselijk lichaam heeft tien- tot twintigduizend verschillende soorten. Het zijn complexe moleculen die bestaan uit duizenden, soms wel een miljoen atomen. Naargelang hun functie hebben ze een andere vorm en maat.”

Jan Steyaert, VUB-professor

Steyaert toont computerbeelden van bekende eiwitten. Het zijn enigszins frivool uitziende kettingen van aminozuren die telkens op een unieke wijze opgevouwen zijn. Sommige zijn gevouwen tot een pomp of motortje, andere tot een poort of een kanaaltje waarin ionen stromen.

De kennis van de structuur van een eiwit – weten waar elk atoom zich precies bevindt - is belangrijk voor een beter begrip van het menselijk lichaam. “Als we de functie en structuur van alle eiwitten zouden kennen, zouden we alle ziektes begrijpen en kunnen verhelpen. We zouden het defecte eiwit kunnen vervangen of genezen, want medicijnen werken in op de eiwitten.”
Maar tot hier toe is de functie van amper een derde van de menselijke eiwitten bekend, schat Steyaert. “En van slechts een tiende kennen we ook de structuur.”

Dat heeft onder meer te maken met de minuscule afmetingen van eiwitmolecules, die amper 10-6 mm groot zijn en met een gewone lichtmicroscoop niet waarneembaar zijn.

Wetenschappers zoeken daarom al jaren naar geschiktere beeldvormingstechnieken. “Tot hier toe werkten we vooral met de techniek van röntgenkristallografie, waarbij x-stralen door een eiwit worden gejaagd in een deeltjesversneller. De resultaten zijn zeer goed, maar het grote nadeel is dat het alleen kan bij eiwitten die vooraf gekristalliseerd werden. Dat lukt lang niet altijd. Veel eiwitten bleven dus onbekend.”

microscoop VUB 1 Jan Steyaert BRUZZ ACTUA 1627
© Saskia Vanderstichele
| Jan Steyaert bij de supermicroscoop. De toptechnologie zit achter de witte panelen verstopt.

Een miljoen beelden

De nieuwe cryo-elektronenmicroscoop van de VUB moet een oplossing bieden. Steyaert neemt ons mee naar de kleurrijke oude studentenkoten in het midden van de Etterbeekse VUB-campus. De modernistische betonnen modules werden in de jaren zeventig gebouwd door architect Willy Van Der Meeren. De VUB oordeelde enige tijd geleden dat ze niet meer geschikt waren voor studentenbewoning, maar wilde ze vanwege de architecturale waarde niet allemaal afbreken. De rode koten werden door Steyaert en zijn team meteen ingepalmd voor de nieuwe microscoop. “Eerst werden de units gestript en verstevigd met zeven meter lange pylonen in de grond zodat de nieuwe betonnen vloer helemaal trilvrij is.”

microscoop VUB 1 BRUZZ ACTUA 1627
© Saskia Vanderstichele
| Dit is toptechnologie.

De afgelopen maanden bouwde de Japanse fabrikant Jeol er de eerste cryo-elektronenmicroscoop van België. Bij cryo-elektronenmicro­scopie wordt eenzelfde eiwit in ontelbare posities ingevroren met vloeibaar ethaan, vandaar het toevoegsel cryo. Het ijslaagje dient om het eiwit te beschermen tegen de elektronenbundel die daarna losgelaten wordt op het preparaat.

Dankzij elektronenmicroscopie kunnen minuscule objecten, zoals een individueel eiwit, in beeld gebracht worden, legt Steyaert uit. “Het zijn weliswaar beelden in lage resolutie, vaag dus. Maar het vernuftige aan dit toestel is dat het een miljoen beelden maakt van het eiwit, die vergelijkt en combineert en vervolgens een zeer helder en nauwkeurig 3D-beeld reconstrueert. Zo wordt het eiwit tot op het niveau van de atomen zichtbaar.”

Van die toptechnologie is aan de buitenkant niet zoveel te zien. Uit schrik voor de concurrentie heeft de Japanse producent alles weggestopt achter witte panelen. De microscoop ziet eruit als een immense kast van vijf meter hoog.

Microscoop Vandermeeren Kot-microscoop BRUZZ ACTUA 1627
© Saskia Vanderstichele
| De rode studentenkoten werden voor de komst van de supermicroscoop volledig gestript en verstevigd.

Hoeveel het wondertoestel kost? “Vier miljoen euro, gefinancierd door de Vlaamse overheid, plus nog bijna een miljoen voor de aanpassing van het gebouw,” zegt Steyaert.
De cryo-elektronenmicroscoop, die op 19 september officieel wordt ingehuldigd, zal 24 uur per dag draaien. “Zestig procent van de tijd voor ons lab, dertig procent voor andere universiteiten en tien procent voor de farmaindustrie, die daar dan voor betaalt.”

De microscoop zal inderdaad een grote rol spelen bij de ontwikkeling van nieuwe medicijnen. Zo konden de VUB-biologen, samen met wetenschappers van Cambridge, dankzij het apparaat de werking van het kalmeringsmiddel valium achterhalen.

Steyaert: “Dat medicijn werd ooit per toeval ontdekt. Inmiddels was wel bekend op welk eiwit het medicijn zich vasthecht, maar niet op welke plek precies. Nu we dat weten, kan er gezocht worden naar varianten, met minder bijwerkingen bijvoorbeeld.”

Fijn dat je wil reageren. Wie reageert, gaat akkoord met onze huisregels. Hoe reageren via Disqus? Een woordje uitleg.
Lees ook

Nieuws en cultuur uit Brussel in je mailbox?