Je leest:

Levercellen als proefkonijn voor veilig voedsel

Levercellen als proefkonijn voor veilig voedsel

Met ons voedsel krijgen we, gewild en ongewild, talloze verschillende stoffen binnen. Sommige beschermen tegen het ontstaan van kanker, andere bevorderen dat juist – eventueel pas na een chemische omzetting in de lever. Deze risico’s in kaart brengen is lastig en heeft al veel proefdieren gekost. Het kan echter beter: een systeem met aangepaste menselijke levercellen is letterlijk humaner en levert bovendien meer informatie op.

Kanker en voeding hebben veel met elkaar te maken. Volgens sommige schattingen wordt tot ruim 50 procent van de kankergevallen (met name maag- en darmkanker) veroorzaakt door stoffen in voeding, zegt dr. Firouz Darroudi. Hij werkt bij de afdeling Stralengenetica en Chemische Mutagenese van het LUMC en is coördinator van een Europees onderzoek naar de ontwikkeling en toepassing van biologische testsystemen die mutagene en anti-mutagene stoffen in voeding kunnen opsporen.

Mutageen wil zeggen dat een stof genetische veranderingen veroorzaakt, die soms tot kanker leiden. Stoffen met een anti-mutagene werking helpen juist om zulke genetische schade te voorkomen. De aandacht van de onderzoeksgroep gaat vooral uit naar verontreinigingen, zoals PAK’s (polycyclische aromatische koolwaterstoffen), bestrijdingsmiddelen en gifstoffen van schimmels. Daarnaast bekijken de onderzoekers effecten van bepaalde kleur- en smaakstoffen die met opzet aan levensmiddelen worden toegevoegd.

Lever in de hoofdrol

Bij het verwerken van schadelijke stoffen uit voedsel speelt de lever de hoofdrol. Alle stoffen die vanuit de darmen worden opgenomen in het bloed, stromen via de poortader naar de lever. Daar nemen levercellen de stoffen op en kunnen er chemische omzettingen plaatsvinden. Enzymen zorgen dat die reacties vlot verlopen. Deze zijn te verdelen in fase I- en fase II-enzymen. Darroudi: “Enzymen van het eerste type activeren stoffen; dat wil zeggen dat ze een stof zo veranderen dat die aan het DNA kan binden. Geen goede zaak, want zo ontstaat schade aan het erfelijk materiaal. Het tweede type maakt stoffen juist onschadelijk.” Bij de verwerking van een stof kunnen beide typen enzymen een rol spelen, zegt hij: het is een samenspel van reacties.

Als om het nog ingewikkelder te maken, kunnen stoffen uit de voeding ook nog invloed hebben op elkaars verwerking in de lever. Darroudi noemt het voorbeeld van vitamine E, dat de activering van bepaalde giftige schimmelproducten vermindert, door de aanmaak te remmen van het enzym dat het schimmelproduct omzet. Een ander voorbeeld van deze zogenaamde anti-mutageniciteit is glycine betaïne, dat in bier voorkomt (zie Intermezzo). Het zijn echter niet alleen positieve verhalen, want stoffen kunnen ook juist de schadelijkheid van een andere stof vergroten, terwijl ze in hun eentje geen kwaad kunnen (co-mutageniciteit).

Bacteriën zijn te simpel

Mutagene stoffen worden meestal getest met bacteriën (de zogenaamde Ames-test) of met cellen van zoogdieren, zegt Darroudi. “De bacterietest is snel, maar lijkt te weinig op de gebeurtenissen in het menselijk lichaam. Tests met zoogdiercellen doen dat beter. Een groot probleem daarbij is wel, dat deze cellen bepaalde enzymsystemen missen. Een op zichzelf niet schadelijke stof kan in het lichaam worden veranderd in een mutagene stof, maar als de betrokken enzymsystemen niet in je testcellen actief zijn, krijg je resultaten die niet kloppen met de werkelijkheid bij de mens. Een stof lijkt dan veiliger dan hij is.”

Om dat laatste probleem te ondervangen worden de nodige enzymen los aan de celkweekjes toegevoegd. Toch is dat niet helemaal afdoende. Volgens Darroudi is al jaren bekend dat de voorspellende waarde van de tests lijdt onder een niet-natuurgetrouwe nabootsing van de enzymsystemen die in het menselijk lichaam actief zijn. De enige manier om met redelijke zekerheid te voorspellen hoe het effect van een stof uitpakt bij mensen was tot nu toe het gebruik van grootschalige dierproeven. Darroudi: “Zulke proeven kosten veel tijd, ze zijn duur, je moet met onrealistisch hoge doses van de teststoffen werken en bovendien gebruik je natuurlijk grote hoeveelheden proefdieren, wat ook een zwaar argument tegen deze manier van testen is.”

Zonder groei geen schade

Natuurlijk proberen onderzoekers betere modelsystemen te ontwikkelen voor het testen van verdachte stoffen. Darroudi noemt drie methoden: “Om te beginnen heb je het gebruik van gewone levercellen van ratten, muizen of mensen. Helaas verliezen zulke cellen als je ze in het laboratorium gaat kweken al snel het vermogen om bepaalde chemische omzettingen uit te voeren. Bovendien stoppen ze na een beperkt aantal celdelingen met groeien, en groei heb je nodig om DNA-schade te kunnen aantonen. Als je menselijke cellen wilt gebruiken is het daarnaast nogal lastig om aan voldoende materiaal te komen.”

De tweede methode die Darroudi noemt is verder verfijnd: door cellen genetisch te modificeren zorgen onderzoekers dat ze specifiek gekozen enzymen altijd maken. “Heel nuttig voor studies naar fundamentele processen”, aldus de onderzoeker, “maar het feit dat zo’n cellijn maar een beperkt aantal enzymen produceert, maakt deze methode slecht bruikbaar voor het routinematig testen van onbekende stoffen. Je weet namelijk niet van tevoren welke enzymen er bij de verwerking van de stof betrokken zullen zijn.”

Methode nummer drie is nog eleganter. Uit leverweefsel – cellen die zich normaliter niet delen – zijn cellijnen ontwikkeld die eeuwig kunnen doorgroeien. Dat kan van knaagdieren of van mensen zijn. Darroudi: “Wij hebben een cellijn gemaakt die afstamt van menselijke hepatomacellen, cellen uit een levertumor dus. Het gestandaardiseerde systeem voor mutageniciteitstesten dat we met deze Hep G2-cellen hebben opgezet, werkt goed. De uitkomsten geven aan dat in deze cellen de activatie en de ontgifting van mutagene stoffen beter verloopt dan in andere veelgebruikte celsystemen. Daardoor hebben ze een grotere betrouwbaarheid bij het opsporen van co- en antimutagene stoffen in menselijk voedsel. Naast het feit dat ze zich in het laboratorium blijven delen, hebben de Hep G2-cellen het voordeel dat ze vanwege hun verfijnde enzymsystemen inzetbaar zijn bij een breed spectrum aan onderzoek. Heel erg belangrijk is dat we hebben aangetoond dat Hep G2-cellen zich in grote lijnen net zo gedragen als normale levercellen en dus zowel de fase I- als de fase II-enzymen maken waar ik het zojuist over had. De resultaten die we met deze cellen vinden, stemmen goed overeen met de uitkomst van kankerproeven in levende dieren.”

Sinds anderhalf jaar coördineert Darroudi een door de Europese Commissie gefinancierd onderzoek naar de ontwikkeling van standaardmethoden om de kankerverwekkende en beschermende eigenschappen van stoffen in voeding op te helderen. Partners in het 1,25 miljoen euro kostende onderzoek werken in Parijs, Trier/Heidelberg, Wenen en Hannover. Het project heeft vier doelen: het ijken van het testsysteem met de menselijke hepatoomcellen, het vergroten van de kennis over mutagene, co-mutagene en anti-mutagene stoffen in menselijke voeding, het uitvinden hoe de DNA-schade precies aangericht en gerepareerd wordt en het ophelderen van de rol die verschillende enzymen daarbij spelen.

“Het is onze bedoeling een systeem te maken dat kan voorspellen welke chemische structuren belangrijk zijn voor de beschermende of schadelijke effecten van stoffen die in voeding voorkomen”, licht Darroudi toe. “De gegevens die ons onderzoek tot nu toe heeft opgeleverd, laten een goede correlatie zien met de uitkomsten van proefdieronderzoek en met epidemiologische studies naar kanker. Voor een aantal stoffen is het de eerste keer dat de kankerverwekkende effecten die in dieren werden gezien overeenkomt met de mutagene eigenschappen van deze stoffen in celkweekjes. Daarom is dit een goed alternatief voor dierproeven.”

Extreem gevoelig voor pindaschimmel

Nadrukkelijk is het onderzoek dus ook bedoeld om de mechanismen achter de kankerverwekkende eigenschappen van stoffen in kaart te brengen. “Welke enzymen zijn er bij de omzettingen betrokken? Met welke stoffen kun je die omzettingen stimuleren of afremmen? Dat zijn belangrijke vragen die we met dit model kunnen beantwoorden”, aldus Darroudi. “Maar het is bijvoorbeeld ook geschikt om de laagste dosis van een stof te bepalen waarbij nog schadelijke effecten te zien zijn.” Gevraagd naar een voorbeeld noemt hij aflatoxine B1, een gifstof die in pinda’s kan ontstaan als daar een bepaalde schimmel in groeit. “Je vindt in onze Hep G2-cellen al een effect bij een dosis van 0.2 microgram per milliliter toegevoegde vloeistof. Dat is extreem weinig.”

Over de al in de tekst genoemde stof vitamine E als beschermende stof is met het testsysteem ook meer bekend geworden, zegt Darroudi. Twee Hep G2-celculturen werden blootgesteld aan de mutagene schimmel stof fumonisine B1, waar bij een van deze celculturen ook vitamine E toegevoegd kreeg. Vervolgens werd gekeken naar de aangemaakte hoeveelheden van twee bepaalde enzymen (gecodeerd als A en B) in beide celculturen, en ook naar verhoging van chromosomale afwijkingen. Darroudi laat een staafdiagram zien waarin de resultaten verwerkt zijn: “In de celcultuur waaraan alleen fumonisine B1 is toegevoegd zie je een duidelijke verghoging van zowel enzym A – 40 procent – als B –15 procent. In de cellen van deze cultuur is DNA-schade in de vorm van chromosomale afwijkingen aangetoond. In de tweede celcultuur, waarbij naast fumonisine B1 ook vitamine E is toegevoegd, is geen verandering in de hoeveelheid van enzym A waar te nemen, terwijl enzym B met 10 procent is verhoogd. Ook is in deze celcultuur geen DNA-schade waar te nemen. Conclusie: Het enzym A, is verantwoordelijk voor het activeren van fumonisine B1. De vitamine E beschermt het DNA door de aanmaak van enzym A te remmen. Enzym B heeft geen invloed op dit proces.”

Revolutionaire techniek

Om meer inzicht te krijgen in het verband tussen het aan- en uitschakelen van bepaalde genen – en dus de aanmaak van bepaalde eiwitten – en biologische effecten van toegevoegde stoffen, wil Darroudi binnenkort met micro-arrays (‘DNA-chips’) gaan werken. Dit in het kader van het starten van een werkgroep ‘Toxicogenomics’ op de afdeling Stralengenetica en Chemische mutagenese en in samenwerking met het Genoom Technologie Centrum van het LUMC. Darroudi: “Door de snelle opheldering van de basenvolgorde van het menselijk genoom is de hoeveelheid gegevens die je uit biomedische experimenten kunt winnen enorm toegenomen. De zogenaamde ‘cDNA microarray’-technologie, waarmee je kunt analyseren welke genen binnen een cel actief zijn, is een techniek die een revolutie kan veroorzaken in de manier waarop we kankerverwekkende stoffen identificeren.”

Het pakket genen dat in een cel actief is, wordt mede beïnvloed door de stoffen waar de cel mee geconfronteerd wordt. Met de micro-arrays is het mogelijk om veranderingen in die activiteit te meten. Van bepaalde interessante genen, of van wel 15 duizend genen tegelijk, als dat moet. Darroudi: “We kunnen op die manier een soort moleculaire handtekeningen van toxische stoffen opstellen: het patroon van genexpressie dat je in een bepaald weefsel ziet, verraadt dan de aanwezigheid van die stof of een analoog werkend gif. Ook kunnen we door die moleculaire handtekeningen te vergelijken meer te weten komen over de werkingsmechanismen van mutagene en anti-mutagene stoffen.”

De veiligheid van voedsel, de laatste jaren een heet hangijzer in Europa, is dus een gebied waarop wetenschappers waardevolle bijdragen leveren. Nu, maar als we afgaan op de woorden van Darroudi, in de toekomst nog meer.

Beschermend bier bij de barbecue

Vorig jaar kwam een Japanse onderzoeker naar Leiden om het testsysteem van Darroudi en zijn collega’s te gebruiken. Hij wilde de resultaten bevestigen van een onderzoek dat een beschermend effect van bierextract had aangetoond tegen Trp-p-2. Deze stof, die behoort tot de heterocyclische aromatische amines (HAA), komt voor in eiwitrijk voedsel, met name in goed doorbakken vlees. HAA zijn mutageen in bacteriën en hoger ontwikkelde organismen. Bij deze laatsten kunnen ze kanker veroorzaken. Bier blijkt daar enigszins tegen te beschermen, maar het maakt daarbij wel uit om welk type bier het gaat.

Drie typen bier werden getest, ‘Lager’ – vergelijkbaar met ons gewone pilsje – , het donkere ‘Stout’ en het diepbruine Guinness. ‘Lager’ en Guinness bleken een duidelijk aantoonbare bescherming te bieden tegen de vorming van DNA-schade (micronucleï in tweekernige cellen), terwijl ‘Stout’ die werking niet had. De onderzoeker achterhaalde het ingrediënt dat daarvoor verantwoordelijk was: glycine betaïne. Toevoegen van puur glycine betaïne gaf een bescherming van nagenoeg honderd procent tegen de DNA-schade die Trp-p-2 aanrichtte.</font

Dit artikel is een publicatie van Cicero (LUMC).
© Cicero (LUMC), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 31 augustus 2001

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.