Tot voor kort waren biologen al heel trots als zij een mooie momentopname konden maken van de werking van eiwitten in planten- en diercellen. Zij maakten de cel dood, prikten hem lek en voegden er fluorescerende stoffen aan toe die zo waren gekozen dat ze aan een specifiek eiwit hechtten. Onder een blauwe lamp lichtten die eiwitten vervolgens op: dat gaf een beeld van de cel op het moment dat deze stierf.

Tegenwoordig kunnen wetenschappers ook in levende cellen de eiwitten markeren met een lichtgevend eiwit. Dit eiwit, in 1962 ontdekt in de kwal Aequorea victoria, werd begin jaren negentig voor het eerst in het laboratorium nagemaakt. Biochemici ‘plakken’ dit stukje genetische informatie van de kwal in het DNA van bijvoorbeeld een gistcel – naast de code voor het eiwit dat ze willen bestuderen. De gistcel maakt daarna zelf eiwitten aan die het fluorescerende eiwit met zich meedragen. Wordt de cel met blauw licht beschenen, dan zijn die groen oplichtende eiwitcomplexen langere tijd te volgen.

Hoogleraar Dorus Gadella en onderzoeker Erik Manders van het Swammerdaminstituut van de Universiteit van Amsterdam brengen zo de levende cel driedimensionaal in kaart. Zij meten de hoeveelheid uitgezonden licht in elk punt van de cel, waarna de computer een driedimensionaal beeld reconstrueert. Uit een serie opeenvolgende scans kunnen de onderzoekers een film maken van eiwitten die zich door de cel verplaatsen.

Zo’n filmpje toont dan bijvoorbeeld de deling van een plantencel. Op de beelden zijn groene draden te zien, de ‘microtubuli’, die een skelet van eiwitten vormen dat de cel zijn stevigheid geeft. Tijdens de celdeling trekken ze de nieuw gevormde chromosomen uit elkaar, zodat elk van de twee nieuwe cellen dezelfde genetische informatie bevat. De rest van de cel oogt donker: alleen de draden lichten groen op door een ingebouwde fluorescerende stof.

Door fluorescerende stoffen met verschillende kleuren te gebruiken, kunnen zelfs verschillende eiwitten tegelijk worden gevolgd. Roger Tsien, hoogleraar aan de universiteit van Californië in San Diego, won vorig jaar de Heinekenprijs voor de biochemie en de biofysica. Hij ontwerpt fluorescerende eiwitten: het beschikbare palet bestaat inmiddels uit groen, geel, blauw, cyaan, rood en oranje.

Dankzij die waaier van kleuren is het mogelijk te bestuderen of – en wanneer – twee eiwitten contact maken. De eiwitten krijgen daartoe elk een lichtgevende spion met een eigen kleur, die zo is afgesteld dat als het ene eiwit oplicht, het andere reageert door ook licht uit te zenden. Dit gebeurt alleen als de twee lichtgevende eiwitten dicht bij elkaar zijn, op ongeveer acht miljoenste millimeter afstand. Het verschijnen van een bepaalde kleur verraadt zo de plaats en tijd van een biochemische reactie. ‘’Zo kunnen we biochemische processen in levende cellen volgen,’’ zegt Gadella.

Tsien heeft ook een lichtgevend eiwit ontworpen dat mogelijkheden biedt voor onderzoek naar de werking van het geheugen. ‘Kameleon’ heet dit eiwit, dat gevoelig is voor calcium, een boodschapperstof tussen twee neuronen in de hersenen. Normaal gesproken geeft het cyaankleurig licht, maar zodra het een calciumdeeltje beetpakt, zendt de kameleon ook geel licht uit.

Het morrelen aan de natuur heeft zijn prijs: de meting verstoort de cel. Onder invloed van het blauwe licht ontstaan zuurstofradicalen die het DNA kunnen beschadigen, en een ingebouwd veiligheidsmechanisme kan er dan voor zorgen dat de cel stopt met delen. Manders probeert dit probleem eveneens op te lossen. ‘’We hebben het inmiddels aardig onder controle door optimaal gebruik te maken van een kleine hoeveelheid licht. Hierdoor kunnen we cellen nu urenlang bespioneren.’’ Dat biedt niet alleen perspectief in het onderzoek aan de hersenen, maar kan ook worden gebruikt om op te helderen waarom het soms misgaat tijdens celdelingen met woekeringen en tumoren tot gevolg.