Hoe fysici bijdragen aan het analyseren van transport in levende cellen

De afgelopen tien à twintig jaar zijn natuurkundigen steeds meer geïnteresseerd geraakt in de fysica van de levende materie: de natuurkunde van cellen, de interactie tussen moleculen in cellen, de fysica van DNA, de werking van het brein, slimme trucs om nieuwe manieren van medical imaging mogelijk
te maken, et cetera. Op het gebied van de biofysica van enkele biomoleculen, zoals DNA, gebeurt in Nederland inmiddels biofysisch onderzoek van wereldklasse.
Wat kunnen natuurkundigen bijdragen aan het ontrafelen van het leven? In algemene termen het volgende: biologen groeien van meet af aan op met het idee dat de biologische wereld complex en divers is. Zij accepteren die complexiteit en onderzoeken deze door bijvoorbeeld bepaalde effecten
genetisch uit te schakelen en dan te kijken hoe een organisme daarop reageert. Natuurkundigen groeien op met de ervaring dat je door zelf een systeem te bouwen of door een systeem slim ‘uit te kleden’ de basiseffecten het beste kunt ontrafelen, bijvoorbeeld door iets te bedenken waardoor je een bijzondere eigenschap in detail kunt bestuderen.
Een mooie illustratie hiervan is een recente samenwerking van Fred MacKintosh van de Vrije Universiteit met collega’s van Göttingen in Duitsland en Rice University in de Verenigde Staten. Voor langeafstandstransport gebruiken cellen meestal motoreiwitten die ze verbinden met een soort vetblaasjes, die dienen als de ‘transportbakken’ van de cel. Bekend is dat veel transport in de cel plaatsvindt doordat motoreiwitten over een soort ‘rails’ ‘lopen’ en hun lading, de vetblaasjes,
meesleuren door de cel.
De onderzoekers hebben dit jaar extreem dunne koolstof nanobuisjes aan deze motoreiwitten in de cellen vastgemaakt. Dit soort dunne nanobuisjes zijn maar één atoom dik. Bovendien fluoresceren ze: ze zenden heel zwak licht uit dat de onderzoekers met moderne technieken kunnen detecteren.
Het is ook pas een jaar of twintig mogelijk om de nanobuisjes te maken. Doordat de koolstofbuisjes ‘meeliften’ met de motoreiwitten waar ze aan vastzitten, is het mogelijk hiermee hun beweging over lange tijd nauwkeurig te volgen. Dit soort experimenten onthulden een tweede transportmechanisme
in biologische cellen: cellen ‘roeren’ zichzelf net zoals een scheikundige met een reageerbuis schudt. De onderzoekers kwamen tot die conclusie nadat ze de cellen blootstelden aan een middel dat het op de motoreiwitten gemunt heeft: niet alleen het transport over de ‘rails’ stopte, maar ook het roeren werd gedwarsboomd.
De motoreiwitten die dit roeren veroorzaken zijn dezelfde eiwitten die een spier laten samentrekken. De nieuwe ontdekking vergroot niet alleen onze kennis van bewegingen in de cel, maar biedt ook teressante aanknopingspunten voor ‘actieve’ technologische materialen.
 
 
 
Wim van Saarloos is sinds 2009 directeur van de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), onderdeel van NWO.
Na zijn promotie in 1982 werkte hij bij Bell Labs in de VS, in 1991 werd hij hoogleraar theoretische natuurkunde aan de Universiteit Leiden. Hij is lid van de KNAW, fellow van de American Physical Society en was oprichter en jarenlang directeur van het Lorentz Center in Leiden.