ENGINEERINGNET.BE - Een internationaal team van onderzoekers, geleid door de Nederlandse TU Eindhoven en Wageningen University & Research, ontwikkelden met de computer een eiwit dat de vorming van ijskristallen tegengaat. Ze keken daarvoor een trucje af bij vissen.
“De natuur heeft al manieren gevonden om met vrieskou om te gaan”, stelt Rob de Haas, promovendus bij Wageningen University & Research. In de Noordelijke IJszee, waar de temperatuur onder het vriespunt ligt, zwemmen bijvoorbeeld vissen zonder dat ze bevriezen. “Zij maken antivrieseiwitten en die stofjes voorkomen ijsvorming in hun lichaam.”
Die stofjes zijn enorm complex en lastig om na te maken. Daarom bouwde De Haas een versimpelde versie ervan. Eerst op de computer, later in het lab. Hij startte met de simpelste variant die wetenschappers kennen: een antivrieseiwit uit de Amerikaanse winterschol. Digitaal versimpelde hij het eiwit van de vis door uitsteeksels te verwijderen. Zo bleef een alfa-helix over: een eiwit in spiraalvorm.
Als je hieraan draait, kun je hem iets vervormen. “Het viel me op dat het natuurlijke antivrieseiwit van de vis op zo’n manier vervormd was”, aldus De Haas. Op zijn computer bouwde de promovendus daarom eerst het antivrieseiwit als een perfecte spiraal, en draaide het eiwit geleidelijk uit de stabiele vorm. Zo ontwikkelde hij vier digitale varianten, die hij daarna in het laboratorium namaakte in bacteriën.
De Haas testte de werking van de antivrieseiwitten door ze aan een dun laagje water toe te voegen en bracht het geheel dicht bij het vriespunt. Dit voorkwam de vorming van kristallen niet, maar ze waren wel een stuk kleiner en minder destructief door aanwezigheid van de gedraaide antivrieseiwitten.
Door de draaiing van het eiwit liggen de aminozuren die de waterkristallen vastgrijpen precies in lijn. Op die manier past het antivrieseiwit als een perfecte mal op het ijs en voorkomt het dat de kristallen verder groeien.
Cellen snel invriezen kan eenvoudig door ze onder te dompelen in vloeibaar stikstof, maar ontdooien blijft een geleidelijk proces waar scherpe ijskristallen de tijd krijgen om zich te vormen en biologisch materiaal te beschadigen.
De eerste proeven van collega-onderzoekers van Washington University laten een positief effect zien van dit antivrieseiwit op het overleven van zwijnensperma wanneer ze dat invriezen en ontdooien. Dat biedt perspectief voor verder gezamenlijk onderzoek.
Met zijn kunstmatige eiwit bracht De Haas het antivrieseiwit terug naar de basis. Voor het eerst kunnen wetenschappers nu antivrieseiwitten digitaal ontwerpen én op enkel eiwit-niveau meten. Dankzij deze twee ontdekkingen is het mogelijk om in de toekomst beter te bestuderen hoe antivrieseiwitten precies werken.
