Groningseassistent-professor in de chemische biologie Marthe Walvoort pleit voor meer onderzoek naar bacteriële suikers

Suiker smaakt heerlijk, maar biologisch gezien vervult het ook enkele enorm belangrijke functies, bepleit organisch chemicus Marthe Walvoort. Bacteriën en virussen zitten er vol mee, en dat kunnen we misschien wel tegen ze gaan gebruiken. Een duik in de wereld van deze zoete stofjes.

7 september 2016

Wij associëren suiker meestal met het lekkere ingrediënt dat onze koekjes, snoepjes en frisdranken zo zoet maakt. Maar we beseffen vaak niet dat deze moleculen niet alleen in ons eten zitten, maar ook in de natuur cruciale biologische rollen vervullen.

Marthe Walvoort, assistent-professor in de chemische biologie aan de Rijksuniversiteit Groningen, wil deze belangrijke zoetstof graag beter op de kaart zetten. En zij kan het weten, want al sinds haar promotieonderzoek lopen deze stoffen als een rode draad door haar wetenschappelijke carrière.

Onlangs kreeg ze van NWO een Veni toegekend om de biologische suikers in bacteriën te onderzoeken en naar haar hand te zetten, en nu is ze ook nog genomineerd als Wetenschapstalent van het jaar 2016.

NEMO Kennislink sprak met haar over haar fascinatie voor de zoete moleculen.

Zitten suikers echt overal?
“Je weet niet half waar ze allemaal in zitten. Je kent het uit voedsel zoals tafelsuiker en stroop, oftewel sucrose en fructose. Maar suikers komen ook in meer onverwachte vormen, zoals zetmeel in aardappelen of cellulose in boeken. En dan heb je ook nog al die onzichtbare vormen die in je lichaam zitten en een belangrijke rol spelen, zoals bij het bepalen van je bloedgroep. Je rode bloedcellen hebben een soort coating aan de buitenkant en die coating bestaat uit suikermoleculen. De hele kleine verschillen tussen de structuur van die moleculen bepaalt je bloedgroep. Verder helpen de moleculen om eiwitten te stabiliseren en de coatings van bacteriën en virussen zitten er vol mee.”

Hoe zien suikers eruit?

Suikers bestaan uit verschillende monosacchariden zoals glucose. Deze monosacchariden zijn vaak ringvormig met verschillende zijgroepen zoals alcoholen en amines en vormen de bouwstenen voor meer complexe structuren. Zo bouw je sucrose, het tafelsuiker dat wij dagelijks in onze koffie of thee strooien, op uit glucose en fructose. De alcoholgroepen van deze stoffen hebben met elkaar gereageerd en vormen een lineair molecuul. Maar het kan een stuk ingewikkelder. Zo is zetmeel opgebouwd uit simpele glucose-bouwstenen, maar omdat ze op meerdere plekken met elkaar reageren vormt het een grote driedimensionale structuur.

De structuur van sucrose. De ring links is glucose, die zit vast aan fructose (rechts).

Waarom vind jij suikers zo interessant?
“Vooral omdat we ze nog niet goed kunnen maken. De commerciële productie van suiker staat nog erg in de kinderschoenen, zeker in vergelijking met de andere twee soorten biopolymeren die in de natuur voorkomen: DNA en eiwitten. Die bestel je tegenwoordig zo en dan zet een machine ze voor je in elkaar. Met suikers lukt dat nog niet, ook al bestaan ze in de natuur uit dezelfde soort lange ketens. Dat komt doordat ze structureel zo ingewikkeld zijn. Zo bestaan van elke bouwsteen – of monosaccharide – twee spiegelbeelden. En als je niet het juiste spiegelbeeld inbouwt, krijgt je molecuul hele andere eigenschappen. Daarnaast maakt het ook uit aan welk uiteinde je de volgende suikergroep bindt. Aan elke monosaccharide zitten vaak minstens vier alcoholgroepen die allemaal gelijk reageren, dus dat maakt het nog ingewikkelder. Tot slot moet je de verbinding ook nog in de juiste oriëntatie krijgen, dus dat de volgende suikergroep de juiste kant op steekt.”

Wat wil je met suikers gaan doen?
“Mijn onderzoek bestaat uit twee lijnen. Allereerst kijken we naar de suikers die bacteriën produceren. We weten dat sommige bacteriën doodgaan als ze die stoffen niet meer aanmaken, dus we gaan proberen om de productie handmatig uit te schakelen en zo een nieuwe soort antibioticum te maken. Maar om dat voor elkaar te krijgen zoeken we eerst uit welk type suikers die bacteriën precies produceren en hoe we die na kunnen maken. Bacteriële suikers komen namelijk niet voor in ons lichaam, dus kunnen we ze heel specifiek aanpakken met dit soort antibioticum. Ik wil dat medicijn maken met een combinatie van scheikunde en biologie, dus dat we chemische reacties combineren met enzymen. Sommige natuurlijke enzymen maken van zichzelf al suikers, dus die willen we graag gebruiken en verbeteren. Helaas werken enzymen over het algemeen alleen in water en chemische reacties doe je juist vaak in organische oplosmiddelen, dus daar moeten we nog een oplossing voor vinden. Als tweede hoofdlijn kijk ik naar de ingrediënten van moedermelk, omdat we daar ook nog bijzonder weinig over weten. Iedereen zegt dat borstvoeding baby’s gezonder maakt, maar niemand weet waar dat precies aan ligt. Ik wil de suikers uit moedermelk namaken en dan samen met biologen erachter komen wat voor functies die stoffen precies hebben.”

Zo kennen de meesten van ons suiker: als kristallen.
Wikimedia Commons, Lauri Andler via CC BY-SA 3.0.

Heb je over een paar jaar alle geheimen van de suikers ontrafeld?
Lachend: “Nee, nog lang niet. Ik hoop dat we over een paar jaar in ieder geval meer methodes hebben ontwikkeld om die ingewikkelde stoffen te maken. En dat we weten hoe bacteriën suikers maken en of we op basis van die stoffen een interessant nieuw antibioticum kunnen ontwikkelen. Uiteindelijk willen we een breed toepasbare methode ontwikkelen die iedereen kan gebruiken om suikers te maken, het liefst ook nog geautomatiseerd. Maar helaas zien de moleculen er allemaal anders uit, dus als je methode voor de een werkt, werkt het waarschijnlijk niet op de ander. Ik wil graag iets uitvinden waardoor je suikers gewoon ergens op maat bestelt en ze in de bus krijgt. Dat zou het onderzoek enorm vooruit helpen, maar het is nu nog onbetaalbaar.”

Je bent ook genomineerd voor het Wetenschapstalent van het Jaar 2016. Denk je dat je een kans maakt?
“Ik heb eerlijk gezegd nog niet veel naar de concurrentie gekeken. Ik ben wel de enige scheikundige en de enige van de Rijksuniversiteit Groningen, dus dat haalt misschien wat stemmen binnen. Maar de genomineerde onderzoekers zijn erg verschillend en ze verrichten allemaal erg interessant werk. Bovendien ben ik pas net begonnen, en er zitten mensen tussen die al veel meer hebben laten zien. Maar als mensen puur voor talent gaan, maak ik misschien nog wel een kans.”

Hecht je wel waarde aan dit soort nominaties?
“Absoluut, het is natuurlijk een hele eer. En ik vind het erg leuk dat het brede publiek nu kennismaakt met mijn werk. Ik krijg vanuit allerlei kanten ineens vragen over wat ik eigenlijk doe, terwijl je dat normaal gesproken alleen bespreekt met lab- en vakgenoten. Volgens mij kun je als wetenschapper ook veel leren als je je kennis met meer mensen deelt. Ik weet niet of ze alles zullen begrijpen, maar ik zal mijn best doen!”