Hoe je moleculen kan zien

Onderzoek naar cellen, de basiseenheden van ons lichaam, is best ingewikkeld. Cellen zijn ontzettend klein – zo’n 40.000 keer kleiner dan een zandkorrel. Daarnaast is het in een cel behoorlijk vol en chaotisch. Een cel is net een soort dikke soep, waarin moleculen dicht op elkaar gepakt zitten (zie het filmpje hieronder).

Duizelingwekkende aantallen

Een groot deel van die moleculen zijn eiwitten – misschien ken je ze wel van de sportshakes van gewichtheffers. Maar in je cellen doen eiwitten iets heel anders: het zijn moleculaire machientjes die een rol spelen in bijna elk cellulair proces. Een bekend voorbeeld is hemoglobine, het eiwit dat zuurstof door je lichaam vervoert via rode bloedcellen.

In totaal bevat je lichaam meer dan 100.000 verschillende soorten eiwitten, elk met hun eigen functie. En het wordt nog indrukwekkender: één enkele cel kan wel miljarden eiwitten bevatten. Dat is ongeveer evenveel als het aantal mensen op de hele aarde!

Een speld in een hooiberg

Als onderzoeker wil ik vaak maar een paar specifieke eiwitten bekijken, terwijl er miljarden andere aanwezig zijn. Het is dus soms een beetje als zoeken naar een speld in een hooiberg. Gelukkig hebben andere wetenschappers hier een slimme truc voor bedacht: het koppelen van minuscule lampjes aan precies die eiwitten die je wilt zien. Alleen deze eiwitten geven dan een lichtsignaal onder de microscoop – de rest blijft ‘donker’.

Op de afbeelding hieronder zie je een voorbeeld van een cel waarbij ik een enkel soort eiwit lichtgevend maakte. Zo zie je goed waar in de cel dit specifieke eiwit veel voorkomt (de gebieden met een lichtere witte kleur) en waar het minder voorkomt (de gebieden met een donkere grijze kleur).

Een dans van moleculen

Hoewel deze afbeelding al veel informatie geeft, laat hij nog niet zien hoe individuele eiwitten zich gedragen. En dat is juist wat we in mijn onderzoeksgroep graag willen weten. Bijvoorbeeld: hoe snel bewegen eiwitten? Hoe lang binden ze aan andere eiwitten? En wanneer laten ze weer los? Zulke informatie helpt ons te begrijpen hoe gezonde cellen functioneren en wat er bijvoorbeeld misgaat in kankercellen.

Om individuele eiwitten te kunnen zien, gebruik ik verschillende strategieën. Ik zorg ervoor dat het lichtgevende eiwit zo min mogelijk wordt aangemaakt in de cellen. Dat doe ik door de expressie van het eiwit te verlagen. Met andere woorden: ik controleer hoeveel ervan wordt geproduceerd. Daarnaast gebruik ik een microscoop waarmee ik regel dat slechts een klein deel van de eiwitten hun lampje aanzet, terwijl de rest donker blijft.

Op deze manier bekijk ik uiteindelijk een cel waarin ik individuele eiwitmoleculen zie ronddansen, zoals in het filmpje hieronder. Dit ziet er niet alleen heel mooi uit – het leert ons ook veel over hoe onze cellen werken.