Er is steeds meer bekend over hoe enzymen, DNA en andere moleculen in een cel met elkaar samenwerken en welke scheikundige reacties hieraan ten grondslag liggen. Op de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) wordt onderzoek gedaan naar hoe moleculen – in de cel en daarbuiten – bij elkaar komen om een complexe functie uit te oefenen. Hoe is het om met zulke moleculen werken? Studenten Biomedische Technologie Bas Rosier en Lenny Meijer geven aan de hand van een tweegesprek een kijkje in het dagelijks leven op het lab. Aan kantoorhumor is in ieder geval geen gebrek.
Het menselijk lichaam is in staat zich razendsnel aan te passen aan de omstandigheden. Als je bijvoorbeeld van een donkere naar een lichte omgeving loopt, passen je ogen zich binnen enkele minuten volledig aan. Het verschil in lichtsterkte kan daarbij oplopen tot een factor miljard. En je hart kan tijdens fysieke inspanning 45 liter bloed per minuut rondpompen, wel negen keer zoveel als in rusttoestand.
Al eeuwenlang proberen wetenschappers erachter te komen hoe het menselijk lichaam zo goed kan functioneren en uit welke bouwstenen het bestaat. Antoni van Leeuwenhoek zag in de zeventiende eeuw met zelfgemaakte microscopen voor het eerst dat de mens is opgebouwd uit cellen. In de jaren vijftig ontrafelden James Watson en Francis Crick de moleculaire structuur van DNA. En nog steeds worden er ieder jaar belangrijke ontdekkingen gedaan. Zo ging de Nobelprijs voor de Fysiologie dit jaar naar onderzoekers die ontdekten hoe het transport van kleine signaalmoleculen in de cel geregeld wordt.
Bas Rosier en Lenny Meijer studeren Biomedische Technologie aan de TU/e en zijn bezig met hun afstudeerproject bij het Instituut voor Complexe Moleculaire Systemen (ICMS) onder leiding van universiteitshoogleraar Bert Meijer. Als masterstudenten dragen ze bij aan het wetenschappelijk onderzoek binnen de multidisciplinaire omgeving van het ICMS.
Hoewel we aan totaal verschillende projecten werken, delen we beiden een passie voor wetenschappelijk onderzoek en in het bijzonder voor het bouwen met moleculen. Vaak wisselen we van gedachten als we elkaar op de gang tegenkomen:
Bas: Hoe gaat het op het lab?
Lenny: Erg goed! Ik heb net een reactie gestart, dus nu even pauze.
Bas: Wat ben je aan het maken?
Lenny: Ik ben nu bezig met het maken van DNA-moleculen. Die gebruik ik als bouwstenen om een klein moleculair netwerk te maken. Ik probeer de DNA-moleculen zo op elkaar te laten reageren, dat ze belangrijke processen in de cel nabootsen. Processen die ervoor zorgen dat de cel zich bijvoorbeeld snel kan aanpassen aan invloeden van buitenaf.
Bas: Dus je probeert na te doen wat in de cel al gebeurt?
Lenny: Precies, maar dan juist buiten de cel. Ik start eigenlijk helemaal vanaf nul door een relatief simpel biochemisch systeem in elkaar te zetten. Het mooie van zo’n bottom-up-aanpak is dat je echt begrijpt wat je maakt. Het lijkt een beetje op het bouwen met Lego-steentjes. Individueel hebben die steentjes geen enkele functie, maar zet je ze op de juiste manier in elkaar dan kun je prachtige bouwwerken maken. Met computermodellen kan ik voorspellen hoe de DNA-moleculen er chemisch gezien uit moeten zien om het netwerk succesvol te laten werken. Ik gebruik dus de computer om moleculen te ontwerpen en hun gedrag te analyseren. Het is geweldig om die moleculen vervolgens ook in het lab te maken en ze aan het werk te zien.
Bas: Ik snap het! Als je een eenvoudig systeem al niet kan controleren, dan kun je natuurlijk nooit begrijpen hoe de miljarden moleculen in de cel samenwerken. Je hebt een beetje dezelfde instelling als natuurkundige Richard Feynman: als je het niet kan maken, dan kun je het ook niet begrijpen.
Lenny: Het kan ook behoorlijk frustrerend zijn hoor. Zo heb ik regelmatig dat experimenten niet helemaal goed gaan zonder duidelijke reden. Of nog erger: ik was twee maanden terug bezig met het testen van mijn DNA-moleculen. Na een week hard werken had ik een kleine hoeveelheid bruikbaar materiaal dat ik kon gaan gebruiken in het DNA-netwerk. Toen ik met het potje met DNA door het lab liep, struikelde ik en viel het potje uit mijn handen kapot op de grond. Kon ik weer opnieuw beginnen.
Bas: Ja, dat herken ik maar al te goed. Toch is het niet altijd je eigen schuld. Zo hoorde ik laatst iemand die al drie weken bezig was met het maken van één enkel molecuul. Na veel moeite had hij eindelijk een kolf met daarin de pure stof, die felgeel was. Hij wilde vervolgens analyseren hoeveel hij had gemaakt en in welke kwaliteit. Al zijn analyses gaven echter aan dat zijn experimenten totaal mislukt waren. Hij spendeerde twee volle dagen om erachter te komen wat fout was gegaan, tot zijn labgenoten hem doodleuk vertelden dat ze zijn kolf hadden omgewisseld met een kolf met gele limonadesiroop. Een sterk staaltje kantoorhumor.
Lenny: Geweldig! Maar goed, zodra mijn DNA-netwerk werkt, zou ik er meer controle over willen krijgen. Nu heb ik gelezen dat je tegenwoordig hele laboratoria kunt bouwen op kleine chips, die je vervolgens volledig door de computer kunt laten aansturen. Dat is toch ook wat jij aan het doen bent?
Bas: Ik houd me in mijn project inderdaad bezig met het ontwikkelen van microfluïdische chips, kleine apparaatjes ter grootte van een euromunt. Dit zijn chips waarin ik heel precies vloeistofkanaaltjes kan maken in elk denkbaar patroon. Het mooie van het werken op deze schaal, waarin kanaaltjes afmetingen hebben van rond de vijftig micrometer, is dat vloeistoffen zich heel voorspelbaar gaan gedragen. Je kunt het vergelijken met een waterkraan die je flink hard aanzet. Het water stort kolkend en bruisend naar beneden.
Draai je de kraan nu een heel stuk dicht, dan vormt zich een heel gecontroleerde, ononderbroken stroom tot aan de grond. In microfluïdische chips gebeurt dat laatste ook, waardoor ik in staat ben twee of meerdere verschillende vloeistoffen gecontroleerd bij elkaar te brengen, zonder dat er gekke dingen gebeuren. Zo kunnen we ervoor zorgen dat we iedere keer exact die reactiecondities krijgen die nodig zijn. Dat zouden we dus goed kunnen gebruiken om jouw DNA-netwerk te maken!
Bas Rosier werkt met microfluïdische chips.
Bas RosierLenny: Dat klinkt erg interessant! Dan zorg ik voor de bouwstenen en jij voor de infrastructuur. Misschien moeten we eens aan onze begeleiders vragen of het een goed idee is om onze projecten in de toekomst te combineren.
Bas: Goed plan, we kunnen vanmiddag wel even langsgaan. Nu eerst weer terug het lab in!