Het verschil tussen schimmel en mens zit hem in het geval van natamycine in een handvol letters. Bij alle levende wezens is in de cellen een belangrijke rol weggelegd voor chemicaliën met de verzamelnaam ‘sterolen’. Bij mensen is het cholesterol; daar heeft natamycine niets mee. Bij schimmels is het ergosterol; dan ligt het anders. En dat is slecht nieuws voor de schimmel. Vandaar dat er standaard vaak natamycine op de buitenkant van een kaas zit.

Maar hoe komt het precies dat natamycine zo’n ander effect heeft? Dat was nog niet bekend, tot Yvonne te Welscher zich erover boog in haar promotieonderzoek aan de Universiteit Utrecht.

Buitenbeentje

Het onderzoek kwam voort uit het promotieonderzoek van haar eigen promotor, prof.dr. B. de Kruijff, naar de familie van stoffen waar natamycine bij hoort, de polyenen. Daar zitten veel meer schimmeldoders tussen. Maar De Kruijff had het idee dat natamycine een buitenbeentje was. Het molecuul bestaat uit veel minder atomen. Dat suggereert dat de manier waarop natamycine schimmelcellen om zeep helpt, misschien een afwijkende is.

Zelf begon Te Welscher haar wetenschappelijke loopbaan helemaal niet met de dringende behoefte om schimmels te bestrijden. Maar een fascinatie met de uitwerking van chemische stoffen op levende wezens was er altijd wel. “Ik begon met scheikunde, ben toen doorgestroomd naar farmacologie, met als hoofdvak toxicologie. Pas door dit onderzoek ben ik bij antibiotica beland.”

Geen lekkage

Hoe de andere polyenen werken, is wel bekend. Ze veroorzaken poriën in het membraan (wand) van de cel, waardoor hij leegloopt en doodgaat. De eerste stap was na te gaan of dat niet toch ook voor natamycine het geval was. “Ik heb een modelsysteem opgezet met membranen die we zelf maakten in het laboratorium. Dat is heel gemakkelijk, dat gaat met lipiden, stoffen waarvan de moleculen aan de ene kant waterminnend zijn en aan de andere kant waterafstotend. Gooi je er water op, dan gaan ze vanzelf bolletjes vormen, met de waterminnende kant buiten. Daarbij kun je stofjes insluiten in die bolletjes. Als de bolletjes lek raken, kun je die stofjes meten.”

Ivar Pel

Welscher voegde aan die bolletjes wat natamycine toe, en stelde vast dat er van lekkages geen sprake was. “Anders waren we meteen klaar geweest. Maar nu dat niet zo was, zijn we wel gaan kijken op wat voor manier natamycine zich aan die membranen bindt, want dat gebeurt wel. Toen bleek dat het vooral bond aan het ergosterol waar een membraanwand deels uit opgebouwd is. Kennelijk komt het langs die weg toch de cel binnen.”

Het klinkt alsof je dat allemaal in een paar dagen zou kunnen doen, maar zo werkt het niet bij onderzoek. “Nee, daar zijn we een jaar mee bezig geweest, inclusief die binding met ergosterol. Eén proefje zegt niks, je moet het telkens herhalen, ook met andere methodes.”

Zoals een zeepbel?

De volgende opgave was, te ontdekken hoe de dodelijke dans van ergosterol en natamycine er dan wel uitziet. “Daarvoor ga je dan in de literatuur kijken wat ergosterol precies doet in de cel: het speelt een rol bij het samengaan van membranen, maar ook bij het proces waarmee de cel bepaalde stoffen kan opnemen, de endocytose.” Endocytose is de truc waarmee een cel zich kan openstellen voor de buitenwereld zonder te lekken. De wand deukt in, steeds verder, totdat er aan de binnenkant een soort zeepbel is ontstaan, die zich aan de buitenkant netjes sluit en dan naar binnen zweeft. Wat in die bel opgesloten zit, was even eerder nog buitenwereld.

Natuurinformatie.nl

“Als je een zeepbel blaast, zijn daar ook een soort lipiden bij in het spel, net als in een membraanwand. En net als bij een zeepbel kan een bel een andere ontmoeten: de membranen fuseren en vormen samen een grote bel. Er zijn ook belletjes die zo weer terugreizen naar het membraan om stoffen kwijt te raken.”

Afvalverwerking

Het vermoeden was dat natamycine die processen verstoorde. Of dat zo was, werd deels door Te Welscher onderzocht en deels door Richard van Leeuwen, een promovendus bij het Centraalbureau voor Schimmelcultures. “Hij heeft gekeken naar endocytose, en die werd inderdaad geremd. Ik heb gekeken naar de afvalverwerking in de cel. Die gebeurt in grote membraanbolletjes in de cel, die je gemakkelijk kunt isoleren om er vervolgens testjes mee te doen. Om de methode daarvoor te leren, ben ik drie maanden naar Canada geweest, naar Edmonton. Met die methode kon ik zien of de bolletjes wel of niet met elkaar kunnen versmelten. Als je natamycine eraan toevoegde, lukte dat niet meer. Het remde de fusie van lipiden.”

“Wat wel bijzonder was, is dat de remming vrij vroeg in het proces gebeurt, nog voordat de bolletjes elkaar aanraken. Dat is heel apart. Toen dachten we aan eiwitten die ook in het membraan zitten en die de fusie op gang helpen. Daar heb ik naar gekeken door voedingsstoffen die de cel opneemt radioactief te maken en dan te onderzoeken of de cellen die voedingsstoffen nog steeds op konden nemen.”

“Mijn baas was daarover sceptisch, maar het was een simpele proef. Ik heb hem opgezet en gedaan, en het bleek zo te zijn: door natamycine toe te voegen, konden de cellen die voedingsstoffen niet meer opnemen, en dat betekende dat de eiwitten die deze opname regelden, niet meer werkten of werden geremd. De werking van natamycine zit dus waarschijnlijk aan de buitenkant van het membraan. Honderd procent zeker weten we het nog niet, en we weten ook nog niet wat dan precies de rol is van de ergosterolen. Wat dat betreft is het onderzoek niet af, maar het gevoel dat het helemaal af is, dat heb je eigenlijk nooit.”

Lastig

Het onderzoek leverde twee artikelen op. “Twee is niet extreem veel, maar ik ben er wel heel trots op. Binnen de biochemie is het lastig om publicaties te krijgen. Bij organische chemie probeer je een reactie, je doet het resultaat in een spectrometer en klaar. Met levende dingen werken is lastiger, er zijn meer controles nodig, niet elk beestje doet hetzelfde.”

Inmiddels werkt Te Welscher in het Children’s Hospital Boston aan ander onderzoek. “Het gaat over het gebruik van lipiden bij het transporteren van biologisch actieve stoffen die je een cel in wilt krijgen.” Geen schimmels doodmaken meer dus, wel het onderdeel van de cel waar het proefschrift over ging: “Membranen vind ik echt het allerleukste”.

Het promotieonderzoek van Yvonne Te Welcher is gefinancierd binnen het Open Technologieprogramma van Technologiestichting STW.