Vouwen bij kamertemperatuur, bekijken in de diepvries
Een bekende techniek om onderzoek aan afzonderlijke moleculen te doen - bijvoorbeeld om te zien hoe eiwitten zich vouwen - is ze met behulp van laserlicht tot fluorescentie aan te zetten. Moleculen laten dat maar beperkt met zich doen en zullen na een aantal keren bleken, zoals onderzoekers dat noemen. FOM-promovendus Rob Zondervan, verbonden aan het Huygens Laboratorium van de Universiteit Leiden, heeft nu als eerste experimenteel aangetoond dat het ontstaan van radicalen daarbij een belangrijke rol speelt. Stoffen die radicalen invangen kunnen de duur van fluorescentiemetingen daarom aanzienlijk helpen verlengen. Bovendien verloopt dat bleken bij lage temperatuur erg traag. Zondervan heeft een meetmethode ontwikkeld waarbij hij monsters eerst heel kort op kamertemperatuur houdt, waarbij processen normaal verlopen, en ze dan zeer snel diep afkoelt waarna hij zonder bleking metingen aan het monster kan doen. Dit proces laat zich vele malen herhalen, waardoor een soort plaatjesreeks gemaakt kan worden van dynamische processen. Dat moet op den duur helpen beter inzicht in eiwitvouwing te krijgen. Fouten daarin zijn verantwoordelijk voor ziektes als Creutzfeldt-Jakob en taaislijmziekte. Zondervan hoopt op 16 maart 2006 in Leiden op zijn onderzoek te promoveren.
Moleculen zijn te klein om direct te zien, zelfs met een krachtige microscoop. Ze zijn de bouwstenen van de materie zoals die zich in het leven van alledag manifesteert. Natuurkundigen, chemici en biologen zijn dan ook erg geïnteresseerd in technieken om informatie over afzonderlijke moleculen en hun gedrag te krijgen. Een bekende techniek om afzonderlijke moleculen toch waar te nemen is gebruik te maken van hun fluorescentie. Ook niet-fluorescerende moleculen kunnen zichtbaar worden gemaakt, door er een fluorescerend molecuul aan te hechten. De moleculen in het monster worden één voor één door een laser met een specifieke golflengte beschenen, waarop zij energie uit het laserlicht opnemen en korte tijd later in de vorm van licht van een andere golflengte weer afgeven. Dat is het proces van fluorescentie en het helpt informatie te verkrijgen over ieder afzonderlijk molecuul.
Bleken van moleculen vertragen
Wanneer een molecuul niet meer kan fluoresceren nadat het een aantal keren tot fluorescentie is gebracht, is het gebleekt. Gaat de fluorescentie echter na een tijd weer aan, dan spreken onderzoekers van knipperen. Moleculen die vooral knipperen kunnen dus langer onderzocht worden dan moleculen die snel bleken. FOM-promovendus Rob Zondervan heeft in experimenten als eerste direct weten aan te tonen dat het ontstaan van radicalen bij beide processen een belangrijke rol speelt. Met stoffen die radicalen invangen kan het bleken onderdrukt worden. In dat geval kan de waarnemingsduur in optische experimenten aan individuele (biologische) moleculen worden verlengd. Langere observatietijden zijn vooral van belang bij het onderzoeken van complexe biologische processen, zoals eiwitvorming. Twee publicaties van Zondervan en collega's in Leiden over hun experimenten zijn al aardige citatietrekkers gebleken.
Moleculen in diepvries bekijken
Moleculen bleken bij hoge temperatuur veel sneller dan bij lage temperatuur. Om die afhankelijkheid te omzeilen hebben Zondervan en collega's een vernuftige methode ontwikkeld. Ze laten processen in hun monsters eerst bij kamertemperatuur en in het donker kortstondig aan het werk en koelen de monsters vervolgens heel snel af tot typisch -150 graden Celsius. Bij die temperaturen liggen de processen stil en maken de onderzoekers met behulp van fluorescentie afbeeldingen. Daarna laten ze de temperatuur heel snel weer stijgen, zodat de processen weer gaan lopen, koelen vervolgens opnieuw heel snel af, maken weer nieuwe afbeeldingen en zo voort. Op deze manier ontstaat als het ware een serie plaatjes van een dynamisch proces. Vanuit de wetenschappelijke wereld is al grote belangstelling getoond voor deze onconventionele aanpak. Een beter begrip van het proces van eiwitvouwing zal van groot belang zijn voor het voorkomen van aandoeningen die samenhangen met fouten in eiwitvorming, zoals Creutzfeldt-Jakob en taaislijmziekte.
Meer informatie bij drs. R.Zondervan, telefoon 071 - 527 5909 of 5910 of bij prof.dr. M. Orrit, telefoon 071 - 527 1720 of 5910.