ENGINEERINGNET.BE - ‘Cellen transporteren allerlei stoffen door hun celmembraan, zoals voeding of afval’, aldus hoogleraar biochemie Dirk Slotboom van de Rijksuniversiteit Groningen.
Deze processen bestudeert hij onder meer door te kijken naar de atomaire structuur van transporteiwitten in het celmembraan.
‘Dit soort technieken laten momentopnames zien, op basis waarvan we de volledige beweging moeten reconstrueren.’ Dat gebeurt meestal met behulp van computersimulaties.
Dit kan echter een onjuiste interpretatie opleveren, bijvoorbeeld als verschillende opnames niet in de juiste volgorde zijn geplaatst. Slotboom wil dus deze bewegingen kunnen filmen.
Er bestaan al verschillende manieren om bewegende moleculen te bestuderen. ‘Bijvoorbeeld door een klein lichtgevend stofje aan een molecuul te koppelen.
Maar dit laat niet de kleine details zien van wat er gebeurt op de schaal van atomen.’
Een andere techniek is om kristallen van een bewegend molecuul te maken. Zulke kristallen gedragen zich min of meer zoals losse moleculen.
‘Er zit veel beweging in zulke kristallen. Ook kunnen we ze bestuderen met röntgenstraling of elektronen. Maar het is nog wel een uitdaging om de individuele moleculen in zo’n kristal precies gelijk te laten bewegen en dit te observeren, zeker bij kamertemperatuur.’
In 2023 ontving een internationaal team, waar Slotboom en collega Wiktor Szymanski bij betrokken zijn, een ERC Synergy-subsidie van 11 miljoen euro om de beweging van eiwitten in het celmembraan te bestuderen.
‘Dit project was vooral gericht op het ontwikkelen van nieuwe onderzoeksmethoden’, stelt Slotboom.
‘We gebruikten bijvoorbeeld moleculaire kooien: kleine structuren die een soort doosje vormen dat we kunnen openen met behulp van licht. Als het doosje opengaat, komt er een stof uit die een groot aantal eiwitten gelijktijdig in beweging zet.’ De gecombineerde, synchrone beweging is gemakkelijker te zien dan die van losse moleculen.
Slotboom: ‘Wanneer je weet hoe een beweging precies plaatsvindt, kun je een manier vinden om deze te beïnvloeden. Een beter inzicht in beweging kan ons helpen om bijvoorbeeld nieuwe antibiotica te ontwerpen.’ In de toekomst wil hij bewegingen kunnen zien die plaatsvinden in milliseconden. ‘Dat is de tijdschaal waarop veel moleculaire processen in de biologie plaatsvinden.’
Een andere beperking van het huidige onderzoek naar beweging is dat het vooral gericht is op losse moleculen die uit hun biologische context zijn gehaald.
‘Het is mijn droom om met mijn onderzoek van eiwitten naar grotere moleculaire systemen te gaan, en uiteindelijk zelfs naar complete bacteriën.’
Slotboom is ook betrokken bij een project dat een levende cel wil ontwerpen en bouwen met behulp van levenloze onderdelen.
‘Dit moet nieuwe inzichten geven in de werking van die onderdelen. Dat is essentieel om te begrijpen hoe de onderdelen samenwerken en uiteindelijk een kunstmatige cel opleveren.’
