Je leest:

“Binnen tientallen jaren een minimale cel bouwen? Dat moet kunnen”

“Binnen tientallen jaren een minimale cel bouwen? Dat moet kunnen”

Interview met fysisch-organisch chemicus Wilhelm Huck

Auteur: | 22 augustus 2014

Sommige wetenschappers kunnen eindeloos vertellen over hun onderzoek. De Nijmeegse chemicus Wilhelm Huck is zo iemand. Vraag hem naar zijn hobby’s en het gesprek komt vanzelf weer terug op de wetenschap. Zelf proberen een cel te maken is dan ook fascinerend werk.

Bacteriën splitsen zich precies in het midden.
Wikimedia Commons

Zie een bacterie voor je; een staafje van een micrometer lang dat zichzelf in tweeën splitst om zich te vermenigvuldigen. De bacterie splitst zich spontaan en precies in het midden, op 20 nanometer nauwkeurig. Meetapparatuur komt er niet aan te pas. Heb je je ooit afgevraagd hoe dat kan? De Molecuul in de bacterie moeten met een bepaalde snelheid met elkaar reageren en zich kunnen verplaatsen om deze deling goed te laten verlopen.

“Als je kijkt naar de cel als reactor en hoe dit soort dingen allemaal gebeuren, dan snappen we er eigenlijk heel weinig van”, zegt chemicus Wilhelm Huck van de Radboud Universiteit. Wat die cel uiteindelijk doet, of hij nou onder de microscoop ligt of in iemands darmen zit, alle processen gaan vanzelf. Stroom van buitenaf heeft de cel niet nodig, evenmin als bepaalde software die hem aanstuurt. Huck onderzoekt de chemische fabriek die de cel in wezen is. Hij wil boven alles begrijpen hoe dit reactortje werkt, vertelt hij tijdens een interview met Kennislink.

Wilhelm Huck.

Radboud Universiteit Nijmegen

Wilhelm Huck

Fysisch-organisch chemicus Wilhelm Huck studeerde Scheikunde aan de Universiteit Leiden. In 1997 promoveerde hij aan de Universiteit Twente op onderzoek naar niet-Covalent synthese van vertakte moleculen genaamd dendrimeren. Daarna werkte hij enkele jaren als onderzoeker aan de Harvard Universiteit in de VS onder begeleiding van geroemd chemicus George Whitesides. Hij had verscheidene academische posities aan de Universiteit van Cambridge (VK), waar hij ook een bedrijf oprichtte. Sinds 2010 is Huck hoogleraar in de scheikunde aan het Instituut voor Moleculen en Materialen aan de Radboud Universiteit Nijmegen.

Wat vindt u het meest fascinerende aspect aan een levende cel? “Het feit dat we vanuit de scheikunde gezien weten hoe moleculen in de cel reageren met Eiwit en Enzym , maar dat er uit al die reacties bij elkaar iets ontstaat wat we totaal niet begrijpen. Want als ik alle chemische reacties bij elkaar doe in een zakje van een halve micrometer groot, dan heb je ineens een bacterie, iets levends. Dat is bijzonder fascinerend. En dan heb je het nog maar over een bacterie, en niet over hoe je van één zakje moleculen naar een heel mens gaat."

En u probeert zelf chemische reacties bij elkaar te brengen om een cel te maken? “Ja, het is mijn droom om een cel na te bouwen en dat mag rustig de bacterie E. coli zijn, laten we het eenvoudig houden. Een bacterie is eenvoudiger te maken dan een gist of een menselijke cel omdat het geen organellen heeft. Het mag zelfs nog simpeler: ik wil een minimale cel bouwen die zichzelf kan reproduceren. Of dat realistisch is? Ik denk niet dat het binnen handbereik ligt, maar als we het hebben over tientallen jaren dan moet het kunnen.”

Hoe gaat u deze klus aanpakken? “Voor mijn onderzoek is het belangrijk dat we werken met biologisch materialen. We weten al niet hoe we een cel moeten maken, laat staan als we die cel uit synthetische componenten proberen op te bouwen. Met biologische bouwstenen weten we zeker dat we de onderdelen bij elkaar krijgen in water. Nog een groot voordeel is dat we de Katalysator die nodig zijn om reacties uit te voeren dan al hebben: dat zijn de enzymen."

“Toch hebben we de aanpak vanuit de engineering nodig. Als ik iets ga maken wat op een cel lijkt, dan moeten alle reacties door blijven lopen. Er is geen tijd om tussendoor de temperatuur te veranderen of een nieuwe stof toe te voegen. Dat betekent dat ik niet alleen de vorm en de grootte moet weten van alle moleculen, maar ook de snelheid waarmee ze reageren. De analyses die we doen aan onze moleculaire netwerken zijn hetzelfde als de analyses die chemisch ingenieurs doen om te zorgen dat een industriële reactor te allen tijde onder optimale omstandigheden blijft draaien."

Wat is tot zover de grootste prestatie uit uw carrière? “Nog helemaal niets; misschien dat ik helder heb gekregen wat de belangrijkste prestatie moet gaan worden.”

Zit er dan een zogenoemde ‘doorbraak’ aan te komen? “Ja, de komende jaren zullen we zeker wel een metabool netwerk kunnen bouwen. Dat is in feite een netwerk van reacties compleet met terugkoppelingssystemen waarmee we grondstoffen kunnen omzetten in bouwstenen die weer nodig zijn om een cel te laten draaien.”

Eén enzym remmen doet de cel waarschijnlijk weinig.
Elledge Lab/Harvard Medical School

Is dat te gebruiken in de praktijk of is het nog puur fundamenteel werk? “Zo’n chemisch netwerk is uiteindelijk misschien wel te koppelen aan de screening op mogelijke kandidaten voor medicijnen. Nu screenen we elk interessant molecuul op zijn activiteit, bijvoorbeeld het remmen van een bepaald enzym, door slechts één afzonderlijke reactie te bestuderen. Maar die ene reactie is maar een klein radertje in een hele grote keten van reacties. De cel is zo complex; er zijn wel 100.000 verschillende reacties die allemaal tegelijkertijd kunnen plaatsvinden. Dat gebeurt niet want de cel is in staat om alle reacties in plaats en tijd te controleren.”

“Hier gaat het om: als je er één reactie tussenuit haalt, maakt dat voor een cel niks uit. Dat ding is robuust, dan gaat een andere reactie gewoon wat sneller om het gemis op te vangen. Stel je een medicijn voor dat dus misschien een bepaald enzym remt. Maar wat heb ik daaraan als er tien andere enzymen zijn die hetzelfde kunnen en dat vervolgens gewoon wat sneller gaan doen? Het is daarom veel interessanter om te kijken hoe jouw medicijn werkt op een netwerk van reacties waarvan dat enzym deel is. Misschien kunnen we straks een systeem opzetten waarbij we in plaats van experimenten op individuele moleculen de werking bestuderen op netwerken van reacties.”

Door meerdere cellen tegelijkertijd te bestuderen krijg je alleen een beeld van de gemiddelde cel. Die bestaat niet, zegt Huck.

Staat er verder nog iets op uw bucketlist? “Ik vind het heel interessant om te kijken of we het bedrijf dat ik in Cambridge oprichtte kunnen laten uitgroeien tot een groot bedrijf. We ontwikkelen daar methodes om metingen te verrichten aan enkele cellen: wat gaat erin en wat komt eruit. Je hebt van die software waarmee je foto’s maakt van duizenden mensen en daar een gemiddelde van maakt. Maar niemand ziet er uit als op die gemiddelde foto."

“Zo is het ook als je cellen bekijkt, geen enkele individuele cel ziet er uit als de gemiddelde cel. Dus in plaats van naar alle cellen in een soepje te kijken, splitsen we het sample op in druppels. Eén cel per druppel. Alle moleculen die uit de cel komen, of alle medicijnen die in de cel gaan, zitten ook in die druppel. Dat betekent dat we precies kunnen testen wat de invloed van het medicijn is op die ene cel en wat welke cel geproduceerd heeft.”

Iets anders: vindt u het belangrijk dat het publiek weet waar u mee bezig bent? “Ik vind het goed om het publiek kennis te laten maken met dit vakgebied, maar ik sta niet te schreeuwen om aandacht voor mijn ontdekkingen als die voor niemand belangrijk zijn. Als ik een hogere opbrengst bereik in mijn reactie, is dat voor niemand interessant. Het is niet de bedoeling dat wetenschappers gaan hechten aan de mediawaarde van hun onderzoek; het maakt me niet uit of mijn werk op Twitter staat. Dat voegt toch niks toe aan wat ik doe? Als ik in het lab een minimale cel bouw, dan moet die ontdekking zeker bekend worden. Maar die heb ik voorlopig nog niet gemaakt. Het grote nieuws moet nog even wachten!

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink, en hoort bij het thema Duurzaamheid vergroten op Biotechnologie.nl.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 22 augustus 2014

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.