Eiwitten worden vaak de werkpaarden van de cel genoemd en dat is terecht. Ze transporteren van alles, ze voeren chemische reacties uit en ze zorgen voor de energievoorziening. Zonder eiwitten is er geen celdeling, geen stofwisseling, geen groei, geen verdediging tegen ziektekiemen en geen reparatie van schade aan ons genetisch materiaal. Het leven zoals wij dat kennen is volstrekt onmogelijk zonder eiwitten.
Om te begrijpen hoe gezonde cellen werken en wat er fout gaat bij ziekte, moet je begrijpen welke eiwitten er in een cel zitten, wat ze (moeten) doen en hoe ze onderling samenwerken. Een eiwit opereert nooit alleen, maar is altijd onderdeel van een groter netwerk. We hebben het grotere plaatje nodig: welk eiwit doet wat met wie en wanneer.
Wetenschappelijke reuzen
Het onderzoek van Albert Heck levert dat grotere plaatje. Heck is hoogleraar Biomoleculaire Massaspectrometrie en Proteomics aan de Universiteit Utrecht en internationaal erkend als een van de absolute voorlopers in het gebruik van massaspectrometrie voor grootschalig eiwitonderzoek (proteomics). Het is die combinatie die het werk van Heck uniek maakt, aldus de jury van de Spinozapremie, die hem omschrijft als ‘een van de wetenschappelijke reuzen in zijn vakgebied’.
“Als je ziet wie de Spinozapremie in het verleden hebben gekregen, zijn dat indrukwekkende namen en dat maakt de prijs heel bijzonder”, reageert Heck. “Vooral ook omdat het over alle wetenschapsgebieden gaat. Als je dan wordt gekozen is het een enorme eer en echt een teken van erkenning voor je werk.”
Nieuwe blik
Dankzij de bijdragen van Heck zijn binnen de massaspectrometrie en proteomics enorme stappen voorwaarts gezet in termen van gevoeligheid, snelheid, precisie en bereik. We kunnen steeds meer eiwitten tegelijkertijd bestuderen, in steeds grotere complexen. Ook kunnen we steeds natuurlijkere omstandigheden creëren, waardoor hun onderlinge samenwerking en communicatie zichtbaar wordt. En dat alles ook nog sneller en met meer details.
Proteomics
Proteomics, afgeleid van het Engelse proteins (eiwitten), is een methode om grote hoeveelheden eiwitten tegelijkertijd te identificeren, hun structuur te bepalen en/of hun onderlinge interacties bloot te leggen. Je kunt proteomics bijvoorbeeld gebruiken om te kijken wat de verschillen zijn tussen een gezonde cel en een kankercel: welke eiwitten zijn in de ene cel veel meer aanwezig dan in de andere? Of je vergelijkt twee kankercellen, waarvan de ene is uitgezaaid en de andere niet: zie je dat verschil terug in de eiwitten in die cellen? Omdat je met proteomics naar duizenden eiwitten tegelijkertijd kunt ‘kijken’, krijg je een veel completer beeld van wat er precies gebeurt in een levende cel.
“Maar de belangrijkste verworvenheid van het proteomics-onderzoek is voor mij dat we nu met een geheel nieuwe blik naar de cel kijken”, vindt Heck. “We wisten al dat eiwitten met elkaar communiceren, maar de grootschaligheid waarmee dat gebeurt doet je versteld staan. Het sociale netwerk in de cel, want dat is het, is zo omvangrijk en werkt zo geraffineerd, dat heeft iedereen verrast. Proteomics heeft onze blik op de cel volledig veranderd.”
Klokken en kanker
Onlangs publiceerde Hecks groep in het tijdschrift Science de werking van de biologische klok van cyanobacteriën, een van de oudste levensvormen op aarde. Deze klok bestaat uit verschillende eiwitten en Heck wist precies te ontrafelen hoe die eiwitten onderling zorgen voor een heel stabiele 24-uurs cyclus. Het is een mooi voorbeeld van zijn type onderzoek, dat altijd voortkomt uit een biologische of medische vraag.
Dat kan dus gaan over bacteriën, maar ook over kanker of landbouwgewassen. Zolang het maar over eiwitten gaat en de vraag interessant en uitdagend is. “Mijn manier van onderzoek doen, waarbij ik de technologie centraal stel en die inzet om een bijdrage te leveren aan biologische vraagstukken, is niet voor iedereen goed te plaatsen”, weet Heck uit ervaring.
“Ik werk aan kankeronderzoek, maar ik ben geen expert op het gebied van kanker. Ik werk aan bacteriën, maar ik ben geen microbioloog. Regelmatig krijg ik te horen dat ik focus mis. Daarom vind ik deze prijs ook een opsteker voor technologieontwikkeling en voor iedereen die daaraan werkt. Er spreekt waardering uit voor de rol van technologie en de bijdrage van technologie aan het biologische en medische onderzoek.”
Massaspectrometrie
Bij massaspectrometrie draait alles om het onderscheiden van heel kleine verschillen in massa. Er zijn meerdere mogelijkheden om die verschillen te meten, maar wat ze gemeen hebben is dat de moleculen of fragmenten van grotere biomoleculen zoals eiwitten, eerst een lading krijgen. Daarna wordt een elektrisch veld of een magneetveld gebruikt om de geladen moleculen te versnellen of af te buigen. De snelheid en afbuiging hangen af van de massa en zo kun je berekenen welke moleculen of fragmenten je monster bevat. Zo krijg je informatie over de sequentie (volgorde van de aminozuren) en de structuur, en kun je de identiteit van elk gemeten eiwit achterhalen.
Kostbare apparatuur
Het onderzoek van Heck is kostbaar door de geavanceerde apparatuur die ervoor nodig is. Is het dus al duidelijk waar de €2,5 miljoen naartoe gaat? “Het eerlijke antwoord is nee. Ik weet het nog niet. Ik wil rustig kijken welke ideeën er op mijn pad komen. De vrijheid die je krijgt om dit bedrag te besteden, maakt de Spinozapremie heel bijzonder en daar wil ik optimaal gebruik van maken. Ik wil graag weten hoe het leven werkt. Als ik een mogelijkheid zie om daaraan bij te dragen met behulp van mijn technieken, kan ik dat nu heel snel doen.”
Dat massaspectrometrie een rol zal spelen staat in ieder geval vast. “Massaspectrometrie is al een eeuw oud, maar ik zie nog steeds mogelijkheden om de reikwijdte ervan te vergroten. Ik ben en blijf een massaspectrometrist. Steeds zie ik weer dingen die ik zou willen onderzoeken, maar waarvan ik geen idee heb hoe dat zou moeten. Gelukkig ben ik een rasechte optimist en als ik zie wat ons in de afgelopen twintig jaar is gelukt, dan kunnen we die nieuwe uitdagingen ook wel aan. Ook al weet ik nu nog niet hoe.”