Je leest:

Lama-antilichamen zijn goud waard

Lama-antilichamen zijn goud waard

Auteur: | 5 augustus 2003

Antilichamen zijn eiwitten die heel specifiek een ander molecuul (een antigen) kunnen herkennen en binden. De meeste antilichamen zijn opgebouwd uit twee eiwitmoleculen. Lama’s bezitten echter ook antilichamen, die slechts uit 1 eiwitmolecuul bestaan. Dit heeft veel voordelen. Het gedeelte van deze antilichamen dat het antigen bindt kan in grote hoeveelheden geproduceerd worden door bakkersgist. Na productie kunnen deze bindingsdomeinen gebruikt worden om heel specifiek een molecuul uit een mengsel van andere stoffen te halen. Bijvoorbeeld om een kleurstof uit afvalwater van een textielververij te verwijderen.

Antilichamen zijn eigenlijk net kleine machientjes die heel gericht bepaalde voorwerpen kunnen vastpakken. Net als kleine kinderen alleen de gehaktballen uit de soep vissen, zo kunnen antilichamen heel gericht in een heel complexe soep, waarin van alles zit (vermicelli, kruiden, zout, prei, wortel, kool etc.) alleen datgene halen waarvoor ze gemaakt zijn.

Zo kan men antilichamen maken die alleen de gehaktballen uit de soep vissen, of juist alleen de vermicelli, of de prei en ga zo maar door. Dit maakt antilichamen natuurlijk heel geschikt voor commerciële toepassingen. Stel je voor dat er een kilo goud zit in 1 miljard liter zeewater, en je kunt dit eruit vissen (en dus concentreren) met antilichamen. Dan zijn die antilichamen letterlijk goud waard!

Het doel van antilichamen in het immuunsysteem

Als bijvoorbeeld bij de mens een ziekmakend virus (bijvoorbeeld het griepvirus) in het lichaam komt, dan herkent ons immuunsysteem, dat dit virus niet in het lichaam thuishoort. Vervolgens gaat een bepaald type cellen van het immuunsysteem, de zogenaamde B lymfocyten, aan de slag om antilichamen te maken tegen dit griepvirus. Zo’n griepvirus is eigenlijk niets anders dan een bolletje met binnenin het erfelijk materiaal en aan de buitenkant wat eiwitten. Deze B lymfocyten zijn er heel goed in om antilichamen te maken die heel specifiek aan een eiwit kunnen binden die dit griepvirus aan de buitenkant heeft. Vervolgens komen een soort soldaten van het immuunsysteem, de macrofagen, die herkennen dat er antilichamen gebonden zijn aan dit griepvirus en schakelen het uit (zie afbeelding 1).

Afb. 1: griepvirus → in mens → immuunsysteem herkent griepvirus als lichaamsvreemd → B lymfocyten maken specifieke antilichamen tegen griepvirus → griepvirus wordt opgegeten en vernietigd door macrofagen.

Afb. 1: griepvirus → in mens → immuunsysteem herkent griepvirus als lichaamsvreemd → B lymfocyten maken specifieke antilichamen tegen griepvirus → griepvirus wordt opgegeten en vernietigd door macrofagen. Antilichamen zijn opgebouwd uit twee delen, een constant gedeelte en een variabel gedeelte. Het constante gedeelte is altijd hetzelfde, dit verschilt niet per antilichaam. Het variabele gedeelte is voor elk antilichaam verschillend. Dit variabele gedeelte herkent en bindt specifiek het molecuul (antigen) waartegen het is aangemaakt. In afbeelding 2 is met een gele cirkel het variabele gedeelte aangegeven, het overige deel is dus het constante gedeelte.

Zoals eerder vermeld zijn er twee type antilichamen bekend. De meest bekende is opgebouwd uit 2 eiwitmoleculen (zie bovenste plaatje afbeelding 2), te weten de zogenaamde zware keten (blauw) en de lichte keten (groen). Een deel van de antilichamen zoals deze voorkomen bij lama’s, bestaan echter alleen uit de zware keten. Het is duidelijk te zien dat het variabele bindingsdomein bij de meest voorkomende antilichamen wordt gevormd door zowel de lichte als de zware keten. De antilichamen van lama’s (en andere kameelachtigen) die alleen bestaan uit een zware keten hebben een bindingsdomein wat natuurlijk alleen wordt gevormd door de zware keten. Maar ondanks dat het bindingsdomein bij dit type antilichamen alleen wordt bepaald door de zware keten kan het net zo goed antigenen binden als zijn grote broer.

Afb. 2: Schematische weergave van antilichamen. Boven is de meest voorkomende vorm (a) afgebeeld en onder de bij kameelachtigen voorkomende vorm (b) van antilichamen. Met een gele cirkel is het variabele bindingdomein van het antilichaam aangegeven. Elk antilichaam is symmetrisch opgebouwd en heeft twee identieke bindingsdomeinen.

Van lama naar gist

De zware keten antilichamen van lama’s hebben dus een bindingsdomein dat bestaat uit 1 eiwit, in tegenstelling tot de meest voorkomende antilichamen waarvan het bindingsdomein uit twee eiwitten is opgebouwd. Het spreekt voor zich dat 1 eiwit veel makkelijker te maken is dan 2. Zeker als je begrijpt dat die 2 eiwitten op een speciale manier aan elkaar gekoppeld moeten worden (2 puzzelstukjes passen ook maar op 1 manier goed in elkaar). Om dit bindingsdomein van lama-antilichamen in grote hoeveelheden op een relatief goedkope manier te produceren is het niet handig om dit door de lama te doen. Dit kan heel goed door bakkersgist worden gedaan.

Afb. 3: Hoe krijgen we gist zover dat deze lama-antilichamen gaat produceren? Links staat een lama afgebeeld, rechts een microscopische opname van bakkersgist.

Hoe krijgen we het eencellige organisme bakkersgist zo gek dat deze lama-antilichamen gaat produceren? Dit wordt bewerkstelligd door de volgende stappen. Allereerst moet ervoor gezorgd worden, dat de lama antilichamen gaat maken tegen een bepaalde stof (bijvoorbeeld een kleurstof of een eiwit). Dit werkt op dezelfde manier als bij het hierboven genoemde voorbeeld van het griepvirus (zie ook afbeelding 1) alleen merkt de lama er verder niks van.

Eerst wordt een kleine hoeveelheid van de bepaalde stof, het antigen, in de bloedbaan van de lama gebracht. De B lymfocyten van deze lama gaan vervolgens antilichamen maken tegen dit antigen. De volgende stap is dat er een klein beetje bloed wordt afgenomen, waarin zich de B lymfocyten zich bevinden. Uit deze B lymfocyten wordt het erfelijk materiaal gehaald, waarop de instructies/codes zijn vastgelegd hoe het antilichaam gemaakt moet worden. Met een paar handige trucs wordt alleen het erfelijk materiaal dat codeert voor het bindingsdomein van het lama antilichaam (zie afbeelding 2) gekopieerd en uiteindelijk in bakkersgist gestopt.

De bakkersgist gaat het bindingseiwit in grote hoeveelheden produceren en uitscheiden (zie afbeelding 4). De bakkersgist wordt hiervoor in een groot vat gebracht waarin wel 10.000 liter water kan. Hierin zijn veel voedingsmiddelen opgelost en bovendien wordt er zuurstof toegevoegd. Hierdoor gaat de bakkersgist flink groeien en zich vermenigvuldigen, waardoor het in staat is grote hoeveelheden van het bindingsdomein te produceren en uit te scheiden.

Afb. 4: Antilichaamproductie; van lama naar bakkersgist.

Toepassing bindingsdomein van lama antilichamen

Nadat de bindingsdomeinen geproduceerd zijn, kunnen ze gebruikt worden waar ze voor gemaakt zijn, namelijk het antigen herkennen en binden. Als toepassingen werden al genoemd kleurstof uit het afvalwater van een textielververij verwijderen, het isoleren van een eiwit, of om goud uit zeewater halen! En hoe dit in zijn werk gaat is weergegeven in afbeelding 5. Als theoretisch voorbeeld wordt een antilichaam genomen, dat goud kan binden. Maar dit kan net zo goed een kleurstof of een eiwit zijn.

Afb. 5: Een mogelijke toepassing van bindingsdomeinen van lama-antilichamen. De winning van goud uit zeewater! Alleen het goud wordt gebonden en kan vervolgens met een zure oplossing van de kolom gewassen worden.

Het bindingsdomein wordt gekoppeld aan kleine bolletjes (een soort gelachtige smurrie). Dit wordt in een holle buis gestopt met boven en onder een soort zeefjes waardoor vloeistof kan stromen maar niet de kleine bolletjes. Dit geheel noemen we een kolom. Hierdoor kun je de vloeistof laten stromen waarin jouw molecuul zich bevindt. Alleen het molecuul wat aan het bindingsdomein kan binden zal op de kolom blijven en de rest stroomt erdoor. Vervolgens kun je “jouw” molecuul van het bindingsdomein wassen door te wassen met een zure oplossing (zie afbeelding 5).

Literatuur

Thomassen et al. ‘Large-scale production of VHH antibody fragments by Saccharomyces cerevisiae’ Enzyme and Microbial Technology 2002 March;30(3):273–278 Muyldermans, Serge ‘Single domain camel antibodies: current status’ Reviews in Molecular Biotechnology 2001 Jun;74(4):277-302 Joosten, V. et al. ‘The production of antibody fragments and antibody fusion proteins by yeasts and filamentous fungi’ Microbial Cell Factories 2003 Jan 30;2(1):1-15 4. Boyd, R.F Textbook ‘General Microbiology’ 2nd edition 1988 page 723 Frenken, L.G.J. et al. ‘Immobilized single domain antigen-binding molecules’ 2001 patent WO0144301 A1

Voor vragen of opmerkingen n.a.v. dit artikel kunt u mailen met:

Dit artikel is een publicatie van Nederlands Instituut voor Biologie (NIBI).
© Nederlands Instituut voor Biologie (NIBI), sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 05 augustus 2003

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.