Tweet

Primitieve cel lijkt op een pinda, zegt de wiskunde /1 reactie

Dat ze de kiem van leven bestuderen is wat ver gezocht. Vaststaat dat natuurkundigen Timon Idema en Stefan Semrau bijdragen aan de kennis over het ontstaan van cellen. In een unieke samenwerking tussen de theoreticus en de experimenticus werd duidelijk hoe primitieve cellen zich natuurlijk kunnen organiseren: in de vorm van een pinda. Het leverde een nominatie op voor de Leidse Onderzoeker van het Jaar.

´Als je ons in een kroeg zou afluisteren dan hoor je heus wel over andere zaken dan alleen integralen en elektronenmicroscopie,´ vertelt Timon Idema met een brede grijns. ´Jawel, we hebben het ook wel over bier of voetbal,´ vult Stefan Semrau aan. Hoewel, volgt aarzelend in koor: ´eigenlijk alleen als het om Nederland – Duitsland gaat.´ Idema en zijn Duitse collega-onderzoeker Semrau zijn onderzoekers in opleiding namens de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie en werken in Leiden. Idema bij Theoretische Biofysica en Semrau bij Fysica van Levensprocessen.

Vlotten

De twee natuurkundigen doen in samenwerking onderzoek naar de eigenschappen van membranen en het ontstaan van zogenaamde vlotten (inleiding). Ieder vanuit hun eigen achtergrond: de één geschoold als theoreticus, de ander vaardig in de experimentele aanpak. ´Een lipide vlot is een gebied in een membraan dat een belangrijke rol speelt in biologische processen,´ legt Idema uit. ´Processen zoals het immuunsysteem en de manier waarop virussen een cel binnendringen.´ Lipide (vetten) vlotten, in het vakgebied beter bekend onder het Engelse raft, kunnen in samenstelling afwijken van hun omgeving. ´Door het aanbrengen van structuur in het membraan kunnen de vlotten eiwitten vervoeren en aansturen,´ vertelt Semrau. ´Maar het is niemand nog gelukt om het bestaan van zulke vlotten in levende cellen direct aan te tonen.´

Het duo deed een poging om aan te tonen of vlotten in theorie zouden kunnen bestaan. Daarvoor gebruikten ze kunstmatige membranen die in opbouw lijken op eenvoudige levende cellen. Semrau kan kunstmatig membranen nabouwen. ´Die zijn wel vele malen simpeler dan echte cellen. Er zitten bijvoorbeeld geen eiwitten in.´

De cel van Semrau en Idema bestaat uit een gesloten membraan van een dubbele laag vetmoleculen met een polaire en een bipolaire kant; een waterminnende en een waterafstotende kant. Voeg je twee soorten vetten toe aan het medium waarin de cellen kunnen ontstaan dan vormen ze na verloop van tijd automatisch een pindavormige cel met in iedere bol een type membraan. Wis- en natuurkundige Idema beschreef de vorm van hun membraan met een model. Hiermee konden ze voor het eerst de membraaneigenschappen die ze wilde testen op een betrouwbare manier voorspellen.

Nieuws

Semrau: ´Onze kunstmatige membranen bleken membraanblaasjes te vormen, in een pindavormige balstructuur die ongeveer even groot waren als een typische cel.´ In een dergelijk blaasje bleken de zo gezochte vlotten voor te komen en ook stabiel te zijn, ontdekten de onderzoekers onder de microscoop. Dat was nieuws. Uit vergelijkingen van de resultaten met bestaande modellen voor levende cellen bleek dat de vlotten maar tien nanometer groot kunnen worden. Opnieuw nieuws. Per stuk kunnen ze dan slechts een paar eiwitten vervoeren. Idema: ´De vlotten zouden dus best kunnen bestaan in levende systemen - we moeten alleen op veel kleinere schaal kijken om ze te zien.´ De onderzoekers publiceerden hun resultaten eind februari van dit jaar in Physical Review Letters.