dr. Richard van Leeuwen

Technologiestichting STW

Uitgangsvraag van het onderzoek was te achterhalen hoe het schimmelwerende middel natamycine precies werkt. Het wordt al jarenlang gebruikt om schimmelgroei te onderdrukken op het oppervlak van kaas en worst. Van Leeuwen: “Vroeger dacht men dat natamycine, net als andere antibiotica, de membraan van een schimmel lek maakt. Eerder onderzoek had echter aangetoond dat natamycine anders werkt – maar hoe precies, dat was een mysterie. Ik besloot om voor twee beruchte bederfschimmels van voedselproducten, de Penicillium discolor en Aspergillus niger, te kijken hoe dat in elkaar steekt.”

Nadat Van Leeuwen vertrouwd was geraakt met de meetapparatuur – een nieuwe confocale laserfluorescentiemicroscoop – kon hij beginnen met het ontrafelen van dit mysterie. Natamycine bleek al snel veel te klein te zijn om de poriën van een schimmel kapot te maken. Bovendien werd duidelijk dat er een suikergroep in de chemische verbinding van natamycine zit, waardoor het helemaal niet tussen de membraanlagen van een schimmel kan kruipen om daar de membraanlaag aan te tasten, zoals dat bij antibiotica werkt.

Van Leeuwen: “ Schimmelsporen bleken volledig ongevoelig voor natamycine. Maar de schimmeldraden waren er wel gevoelig voor. Dus als een spoor uitkiemt naar een draad, dan moet er iets gebeuren, waardoor natamycine greep krijgt op de schimmel. Het lag voor de hand dat ergosterol – een provitamine waarvan de structuur veel lijkt op die van cholesterol – daarbij een rol moet spelen, omdat schimmelbestrijders vaak inwerken op ergosterol. Dat komt omdat die schimmelbestrijders heel specifiek binden aan ergosterol. Interessant is dat het alleen in schimmels voorkomt; je kunt dus een heel specifiek antibiotisch middel maken.”

Schimmels zijn enorm divers en fascinerend om aan te werken. Ze kunnen er totaal anders uitzien op verschillende soorten media, ook als het om dezelfde soort gaat. Ook onder invloed van antibiotica of schimmelwerende middelen kunnen veel verschillende effecten ontstaan. Kortom, ze laten maar moeilijk hun eigen gezicht zien wat het onderzoek erg spannend maakt.

Technologiestichting STW

Celwand kraken

De eerste experimenten gingen zich concentreren op het nauwkeurig meten van ergosterolgehaltes. Het bleek dat slapende schimmelsporen geen ergosterol in het membraan bevatten, maar dat er bij het ontkiemen juist hoge concentraties ergosterol ontstonden. Van Leeuwen: “Dat was een belangrijke stap: dat we de rol van ergosterol bij het kiemproces nauwkeurig in kaart konden brengen.”

In het tweede en derde jaar van het onderzoek kwam de volgende vraag aan de orde: wat gebeurt er precies met het ergosterol? Een jaar lang was Van Leeuwen bezig om de confocale fluorescentiemicroscoop geschikt te maken voor zijn onderzoek: “Deze techniek wordt meestal gebruikt voor celbiologie. Maar in tegenstelling tot cellen, zijn de sporen van een schimmel enorm rigide. Ze worden beschermd door een extreem dikke celwand van melanine, die ze beschermt tegen allerlei milieu-invloeden. Je moet eerst door die celwand doorbreken, voordat je het binnenste kunt bestuderen – het ribonucleïnezuur van de schimmel. De truc is, om de celwand bij temperaturen van -170 graden met behulp van vloeibaar stikstof te kraken, en dan het vrijkomende RNA op te vangen. Maar daarbij raakt het RNA snel beschadigd, dus het was een lange weg, voordat ik dit voor elkaar had.”

Het interessante van schimmels is het onderzoek op verschillende niveaus. De ene keer kijk je met het blote oog naar de effecten van schimmelwerende middelen, de andere keer duik je dieper de cel in met technieken als scanning electronen microscopie of geavanceerde fluorescentie microscopy.

Technologiestichting STW

Achteraf beschouwt Van Leeuwen dit als zijn grootste onderzoekssucces: dat hij erin geslaagd is om het RNA te isoleren uit schimmelsporen: “In het verleden was er wel gekeken naar de ontkieming van sporen, maar dat was jaren geleden. Dit is echt de eerste keer dat het gelukt is om het RNA van schimmels te bestuderen. Er komen nu onderzoekers uit Engeland en Noorwegen hierheen, om van mij te leren hoe de methode werkt. Dan krijg ik echt eer van mijn werk.”

Te weinig tijd

Daarna lukte het relatief snel om precies in kaart te brengen hoe natamycine het kiemproces van schimmels tegengaat. Van Leeuwen: “Natamycine maakt dus niet – zoals iedereen dacht – de membraan van de schimmel kapot, maar remt het kiemproces. Vooral voor fundamenteel onderzoek is deze kennis nuttig, omdat wetenschappers nu heel doelgericht een antibioticum in bepaalde groeistadia van schimmels kunnen inzetten, dat veel minder agressief is dan andere antibiotica.” Van Leeuwen vond het jammer dat er uiteindelijk zo weinig tijd beschikbaar was voor het onderzoek: “Ik had graag meer de diepte in willen gaan, en meer ook de moleculaire kant van de zaak bekeken. Dan had ik nog veel gedetailleerder kunnen zien wat er gebeurt als je genen van het schimmel uitschakelt, en hoe het dan op natamycine reageert.”

Inmiddels werkt Van Leeuwen als postdoc aan het Centraalbureau voor Schimmelcultures. Hij probeert te achterhalen waarom schimmelsporen zo goed tegen extreme hitte en koude kunnen. Van Leeuwen: “Het werk is een combinatie van toegepast en fundamenteel onderzoek. Dat vind ik inspirerend: dat je het gevoel krijgt met een doel te werken, dat mensen iets aan je onderzoek hebben.”

Het promotieonderzoek van Richard van Leeuwen is gefinancierd binnen binnen het Open Technologieprogramma van de Technologiestichting STW.