Je leest:

‘Synthese is een grote puzzel’

‘Synthese is een grote puzzel’

Auteur: | 20 december 2016

In zo min mogelijk stappen moleculen uit de natuur namaken. Dat proberen natuurstofchemici te doen. Het is een lastig klusje, erkent de Amerikaanse natuurstofchemicus Sarah Reisman. Maar wel een erg belangrijke taak, want met de moleculen die ze maakt, kun je het menselijk lichaam beter begrijpen en soms zelfs ziektes bestrijden.

Jarenlang hard werken, lastige puzzels oplossen en uiteindelijk zelfs over een specifiek molecuul dromen. Het typische leven van een natuurstofchemicus. Voor Sarah Reisman, professor Chemie aan de California Institute of Technology (Caltech) maakt dit niks uit.

“Er bestaan zo ontzettend veel moleculen in de natuur die veel potentie hebben als bijvoorbeeld medicijnen”, zegt Sarah Reisman, professor Chemie van Caltech.

Reisman werkt in het vakgebied natuurstofsynthese. Ze zoekt manieren om moleculen die in de natuur voorkomen te maken. En dan geen simpele verbindingen zoals water en alcohol, maar ingewikkelde moleculen die vaak meerdere ringen bevatten en ook nog allemaal net andere zijtakken hebben. Deze stoffen kunnen erg nuttig blijken, want veel moleculen in de natuur hebben potentie als bijvoorbeeld medicijnen.

Om zo’n molecuul te maken beginnen Reisman en haar collega’s bij stoffen die je kunt kopen, en zetten ze er stap voor stap nieuwe verbindingen aan vast. Het kan soms wel veertig stappen duren voor je eindelijk het molecuul wat je voor ogen had, hebt gemaakt. De totale route die het molecuul dan heeft afgelegd noem je de totaalsynthese. Zodra de chemici de totaalsynthese afronden testen ze of de stof inderdaad nuttig is.

Met haar 37 jaar begint Reisman eigenlijk nog maar net aan haar carrière, maar ze is een van de rijzende sterren op het gebied van natuurstofsynthese. Twee jaar geleden werd de Amerikaanse aangesteld als professor chemie aan Caltech, waar ze inmiddels leiding geeft aan bijna twintig studenten en promovendi. Op CHAINS, de grootste chemieconferentie in Nederland, stond ze voor het eerst voor een Nederlands publiek om over haar onderzoek te vertellen. NEMO Kennislink sprak haar na de lezing over haar passie voor natuurstoffen.

Je verdiept je nu in de chemie en onderzoekt natuurstoffen, maar opmerkelijk genoeg ben je begonnen met een studie geneeskunde. “Ik wilde eerst dokter worden. Dat veranderde toen ik een introductieles organische chemie kreeg. Ik had nog nooit zo nagedacht over natuurstoffen, maar het fascineerde me enorm. Wat zit er eigenlijk in de pillen die je slikt? Hoe maken ze die medicijnen? Die vragen lieten mij niet los en toen ik de kans kreeg om tijdens mijn bachelor onderzoek te doen naar natuurstoffen greep ik die meteen.”

De ingang van de California Insitute of Technology in Pasadena, California.

Wat is zo interessant aan natuurstofsynthese? “Het ontwerpen van de synthese is een grote puzzel, want je ziet een molecuul met misschien wel dertig verschillende atomen die je op precies de goede manier aan elkaar moet verbinden. Maak je een verbinding meer of minder, dan ontstaat een ander molecuul. Je moet er wel gevoel voor hebben, want er bestaan veel verschillende reacties en veel opties. Je moet de belangrijkste verbindingen van het molecuul identificeren en bedenken hoe je ze zou maken. Lastig, maar ook erg belangrijk.”

Je lezing ging over de natuurstoffen ryanodine en ryandol. Wat maakt deze stoffen zo interessant? “Ten eerste hebben ze een heel leuke structuur die je op veel verschillende manieren kan maken. Dat helpt bij het plannen van de synthese, want als de strategie die je voor ogen had niet werkt heb je een andere aanpak nodig.”

De structuur van ryanodine, een molecuul dat betrokken is bij het samentrekken van spieren in ons lichaam.

“Maar de stoffen spelen ook een belangrijke rol in ons lichaam. Bijna alle dierlijke cellen bevatten calciumkanalen die reageren op ryanodine. Deze kanalen zitten vooral in spiercellen en neuronen en zorgen er bijvoorbeeld voor dat je spier samentrekt. We denken dat ryanodine een rol speelt in allerlei spierziektes, maar hoe dat precies zit weten we nog niet. Nu we die stof sneller synthetiseren, kunnen we ook makkelijker de werking gaan onderzoeken.”

Werk je alleen aan stoffen die een nuttige toepassing hebben? “Soms zie ik een molecuul met een ingewikkelde en interessante structuur, maar als hij geen nuttige toepassing heeft en bijvoorbeeld alleen voorkomt in een of andere zeewiersoort op de bodem van de oceaan, dan heeft het niet zo veel zin. Dat betekent niet dat we nooit stoffen maken die niet direct toepasbaar zijn, want het fundamentele aspect van dit type onderzoek levert ook veel op. Als je jaren aan een stof werkt, ontwikkel je vaak veel nieuwe reacties. En deze reacties gebruik je ook weer bij andere – misschien nuttigere – verbindingen.”

Je vertelde dat je ook weleens aan stoffen werkt die uiteindelijk toch niet zo nuttig bleken. Vind je dat tijdverspilling? “Absoluut niet. We brengen steeds preciezere veranderingen aan in moleculen. Als je een molecuul maakt dat misschien niet zo goed werkt, kun je er wat aan veranderen om hem toch bruikbaar te maken. Dit werkt natuurlijk ook niet altijd, maar het biedt wel perspectief. Bovendien bestuderen we graag moleculen om ze beter te begrijpen, zeker als ze in ons lichaam voorkomen. En een molecuul bestuderen zonder hem eerst te maken gaat lastig.”

Je hebt inmiddels al veel natuurstoffen gemaakt, wat is je favoriete synthese tot nu toe? “De synthese van ryanodine en ryanodol, waar mijn lezing ook over ging. De structuren van die stoffen bieden een enorme uitdaging, want ze bevatten een aantal bijna gelijke zijgroepen waar je er maar één van wil laten reageren. Dat heeft ons aardig wat tijd gekost. Ik kende deze stoffen al sinds mijn promotietijd, toen mijn begeleider ze op een nieuwe manier wilde maken, maar uiteindelijk lukte het pas dit jaar om de stoffen op een nieuwe en snellere manier te maken. Toen het eenmaal was gelukt voelde dat wel erg goed.”

Het molecuul aconetine blokkeert de natrium-ion kanalen in onze cellen.

Welke stof wil je graag nog een keer maken? “Aconitine, een soort gif, staat nu hoog op mijn verlanglijstje. Deze stof kan een rol spelen bij natrium-ion kanalen in onze cellen en deze kanalen blokkeren zodat bijvoorbeeld je neuronen niet meer werken. En als je neuronen niet meer werken komen de signalen uit je hersenen niet of verkeerd aan bij de rest van je lichaam. We willen deze stof graag maken en kijken of we kunnen begrijpen wat er precies gebeurt. Misschien is die informatie nog nuttig voor toekomstige medicijnen, bijvoorbeeld voor ziektes die veroorzaakt worden door uitvallende neuronen.”

Denk je dat de farmaceutische industrie je syntheses ooit gaat gebruiken? “Dat is soms nog lastig, maar het gaat steeds meer de goede kant op. Farmaceuten gebruiken ingewikkeldere syntheses in hun productieproces, en proceschemici werken hard om de syntheses die wij verzinnen nog efficiënter te maken. Als ik nu een stof in vijftien stappen en twee weken tijd maak in plaats van in dertig stappen en een maand, zijn farmaceuten best geïnteresseerd. Natuurlijk hangt het er wel vanaf hoeveel opbrengst je synthese geeft en of de stof potentie heeft als medicijn, maar we werken steeds makkelijker samen met de industrie.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 20 december 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.