Je leest:

Spinozapremie 2016 naar chemicus Wilhelm Huck

Spinozapremie 2016 naar chemicus Wilhelm Huck

Met chemische netwerken een levende cel bouwen

Auteur: | 10 juni 2016

Wilhelm Huck van de Radboud Universiteit Nijmegen is dit jaar een van de vier ontvangers van een Spinozapremie van €2,5 miljoen. Hij kijkt met een chemische blik naar alle reacties in levende organismen. Met als uiteindelijk doel: het bouwen van een synthetische, levende cel.

Wie langs een groot chemisch-industrieel complex rijdt ziet een enorme verzameling buizen, vaten, pijpen, opslagtanks en schoorstenen. Allemaal in mega-formaat. Het ziet er behoorlijk ingewikkeld uit, maar het is helemaal niets vergeleken met de chemische fabrieken waar ons lichaam vol mee zit: de cellen.

Vlnr zwavelzuurfabriek  roasting en bunker nyrstar budel
Een deel van de zinkfabriek van Nyrstar in Budel.
Nyrstar Budel (met toestemming)

Dat zijn de fabrieken waar Wilhelm Huck, hoogleraar Fysische en Organische Chemie aan de Radboud Universiteit Nijmegen, van onder de indruk is. Voor zijn baanbrekende chemische onderzoek naar de werking van levende cellen ontvangt Huck de Spinozapremie 2016. “Je weet dat deze prijs er is, maar het was echt een enorme verassing toen ik werd gebeld met het nieuws”, vertelt Huck aan NEMO Kennislink.

Waar een ‘normale’ fabriek meestal gespecialiseerd is in een of twee productieprocessen, is een levende cel in staat om tegelijkertijd onvoorstelbaar veel verschillende processen uit te voeren. En dat in een microscopisch klein reactorvat dat bovendien echt ramvol zit met heel veel verschillende grote en kleine moleculen. Hoe verlopen al die reacties? Hoe komen de juiste moleculen op het juiste moment bij elkaar? Hoe verplaatsen stoffen zich door de heel beperkte ruimte binnen de cel?

Wilhelm huck
Wilhelm Huck.
Radboud Universiteit Nijmegen

Allemaal vragen waar we het antwoord nog niet op hebben, maar waar we mede dankzij het onderzoek van Huck inmiddels wel meer van weten. Maar alleen vragen beantwoorden is voor hem niet genoeg. Hij wil een cel kunnen bouwen. De ultieme test om te zien of je snapt hoe iets werkt.

Netwerken

Een essentieel kenmerk van levende cellen is dat al die chemische processen niet in evenwicht zijn. Eenvoudig gezegd: er is sprake van een continue stroom van reacties. Aan de ene kant worden bouwstenen opgenomen en aan de andere kant verlaten afvalstoffen de cel. De tussenliggende reacties vormen netwerken die nauw met elkaar verweven zijn. Bijvoorbeeld: A + B reageren tot C, dat vervolgens overgaat in D en E, maar dan vormt E uiteindelijk toch weer A. En zolang B beschikbaar is, blijft de stroom reacties op gang.

Het bouwen van dit soort netwerken is een van de hoofdlijnen van Hucks onderzoek. Hij gebruikt daarvoor enzymen, de katalysatoren van de natuur. Een katalysator reageert zelf niet, maar zorgt ervoor dat een chemische reactie (veel) sneller verloopt. “Wij hebben voor enzymen gekozen, omdat die allemaal in een waterige omgeving kunnen werken, net als je in een levende cel hebt. Enzymen zijn ook heel selectief, ze voeren meestal maar een taak uit, zodat je weet dat ze niet ook allerlei andere dingen gaan doen. Tot slot kun je hun reactiesnelheid goed controleren.” Het is Huck en zijn groep inmiddels gelukt om zo’n netwerk aan de praat te krijgen, waarin de verschillende enzymen elkaars activiteit op de juiste manier blijven stimuleren, zodat het systeem blijft lopen.

Crowded cytosol
In een levende cel is altijd spitsuur: het zit er tjokvol met moleculen die een ingewikkelde wisselwerking met elkaar aangaan.

Kleine moleculen

Het lijkt een logische keuze om met enzymen te werken als je probeert een levende cel na te bootsen, maar dat ligt toch iets anders. “Dat is juist een punt van kritiek van sommigen. Onderzoekers die werken aan de oorsprong van het leven vinden dat je niet moet werken met biologische moleculen zoals enzymen, omdat die er nog niet waren toen het eerste leven ontstond. Voordat er biologie was, was er alleen maar chemie.” Vanuit deze redenering zijn daarom onderzoekers ook bezig om dit soort netwerken te bouwen met alleen maar niet-biologische bouwstenen. Chemici spreken dan van ‘kleine moleculen’.

En dat wil Huck ook gaan proberen. Huck: “We weten dat een aantal belangrijke processen in levende cellen ook zonder enzymen kunnen plaatsvinden. Bijvoorbeeld de glycolyse, het proces waarin suiker stapsgewijs wordt afgebroken. In de cel heb je daar verschillende enzymen voor nodig, maar het kan ook met behulp van ijzer-zwavel verbindingen die wel aanwezig waren voordat het eerste leven ontstond. De reacties verlopen dan veel langzamer, maar het gaat wel. Wij denken nu na over nieuwe netwerken die zijn geïnspireerd op biologische voorbeelden, waar we bepaalde motieven uithalen. Die proberen we dan na te bootsen zonder biologische bouwstenen.” Op het lijstje staat onder meer de citroenzuurcyclus, een belangrijk proces waarin afgebroken voedingsstoffen worden omgezet in energie die de cel nodig heeft om te blijven functioneren.

800px grand prismatic spring yellowstone nps
Hoe het er miljarden jaren geleden precies uitzag op aarde weten we niet. Maar de eerste levende cellen moeten zijn ontstaan uit niet-biologische bouwstenen.

Voorsprong

Er wordt dus volop naar de toekomst gekeken en Huck kan niet wachten om verder te gaan met alle ideeën en plannen. Dat betekent: het team uitbreiden. Huck gaat de premie van €2,5 miljoen vooral gebruiken om nieuwe onderzoekers aan te nemen. Niet alleen chemici, maar ook mensen met kennis van wiskundige modellen en van procestechnologie. “Dat is het mooie van de Spinozapremie, we kunnen meteen aan de slag. Normaal gesproken schrijf je een voorstel, dat gaat de molen in en als je het geld krijgt ga je mensen zoeken. Je bent zo een jaar verder voordat je echt kunt beginnen. Die tijd verliezen we nu niet en dat is heel prettig, omdat we aan de chemische kant best voorlopen in het veld en dat willen we graag blijven doen.” Hij geeft toe dat vooroplopen niet het doel op zich is. “Natuurlijk gaat het om het vinden van de oplossing, maar het is ook vervelend als jij met veel moeite de deur op een kier hebt gezet en dat iemand anders net voor jou naar binnen glipt.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink, en hoort bij het thema Duurzaamheid vergroten op Biotechnologie.nl.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 10 juni 2016

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.