Met eigen ogen zien hoe DNA gerepareerd wordt, of in een handomdraai nagaan of nieuwe medicijnen aanslaan. Volgens
promovenda Heidi Dietrich van Technische Natuurwetenschappen is het mogelijk met haar systeem voor ‘DNA-eiwit analyses’.
Dietrich ontwikkelde een techniek waarbij de beweging van DNA-moleculen de aanwezigheid van eiwitten verklapt. De vinding, waar zij volgende week op hoopt te promoveren, moet het voor farmaceuten mogelijk maken om snel en gemakkelijk na te gaan of een patiënt, na toediening van een medicijn, een bepaald, al dan niet schadelijk eiwit aanmaakt.
Ook voor fundamenteel wetenschappelijk onderzoek is het systeem veelbelovend. Celbiologen kunnen ermee zien hoe DNA onder invloed van eiwitten vervormt, voordat het gerepareerd, gekopieerd of afgelezen wordt.
De opstelling van Dietrich bestaat uit een donkerveldmicroscoop (waarbij je het preparaat tegen een zwarte achtergrond ziet) en een preparaat gemaakt van een dun laagje goud waarop talloze DNA-slierten verticaal vastgeketend zitten. Van nature maken de stukjes DNA, zoals alle moleculen, zogenaamde Brownse bewegingen: ze slingeren als gevolg van botsingen met omringende moleculen heen en weer. Die bewegingen kan Dietrich goed volgen doordat ze gouden kraaltjes aan de ‘vrije’ rondzwaaiende DNA-uiteindes heeft vastgeplakt. Die bolletjes verstrooien het licht en werken daardoor als bakens.
Wanneer een eiwit of een stukje mRNA aan het DNA hecht, wordt de DNA-sliert wat stijver waardoor het minder hard beweegt. (mRNA is een kopie van DNA dat dient als blauwdruk voor de aanmaak van eiwitten). Een computer registreert de bewegingen en bepaalt aan de hand van de reikwijdte van het wiebelende DNA of er eiwit of mRNA aan vastgeplakt zit. Zo is aan te tonen of in een druppeltje bloed of ander vocht een bepaald eiwit of mRNA-streng aanwezig is. En, na een flinke dosis kalibreerwerk zou je wellicht uit de veranderende DNA-dans de vervorming van het DNA kunnen herleiden, zo hoopt Dietrich.
Helemaal nieuw is het werk van Dietrich niet. Haar systeem is gebaseerd op een techniek die al enkele jaren wordt gebruikt door celbiologen en biofysici om DNA-eiwitinteracties te onderzoeken. In plaats van gouden bakens gebruiken zij bolletjes die voornamelijk uit polystyreen of latex bestaan. Ze kijken er naar met een gewone lichtmicroscoop of met een zogeheten differentiaal interferentie contrastmicroscoop.
“Het probleem met die techniek is dat de bolletjes heel groot moeten zijn om voldoende signaal te genereren”, zegt Dietrich. “Doordat de bolletjes zo groot zijn rekken ze het DNA uit. Dit beïnvloedt de DNA-eiwit-interacties waardoor de metingen minder betrouwbaar worden.”
De opstelling van Dietrich met de kleine gouden kraaltjes en gouden basis heeft nog een ander voordeel. De DNA-moleculen zijn zeer sterk gebonden aan het goud met een zogenaamde disulfidebrug, een koppeling waarbij een zwavelatoom een covalente binding aangaat met het goud. Het is een ijzersterke binding die ook bij hoge temperaturen standhoudt. En dat is een zeer gunstige bijkomstigheid. Want mRNA-analyses werken beter bij hoge temperaturen.
Op zoek naar specifiek mRNA in een monster wil Dietrich gebruik gaan maken van DNA met complementaire basenvolgorde om het vrije mRNA aan te binden. Ze gebruikt dan alleen dat DNA waar precies het mRNA op past waar ze in geïnteresseerd is. Maar dat werkt alleen bij hoge temperaturen, rond de zestig graden. “Het probleem bij lage temperaturen is dat allerlei mRNA- en DNA-strengen aan elkaar vastkleven, of de sequenties nu complementair aan elkaar zijn of niet”, zegt Dietrich.
Op de achterkant van Dietrich’s proefschrift prijkt geen DNA, eiwit of mRNA, maar een foto van het heelal, gemaakt vanuit de Hubble telescoop. “Ik heb daarvoor gekozen omdat de oplichtende gouden bolletjes op een sterrenhemel lijken”, verklaart de promovenda terwijl ze naar haar computerscherm wijst. Het scherm geeft het preparaat weer met al zijn oplichtende kraaltjes. “Onwijs mooi vind ik dat.” Af en toe lijkt het alsof er een vallende ster voorbij komt. “Dat is DNA dat toch niet goed is vastgehecht aan het goudoppervlak”, zegt Dietrich.
Maandag 21 januari
* Senario studies into advanced particle removal in the physical-chemical pre-treatment of wastewater. Promotie van ir. A.F. van Nieuwenhuizen. Promotoren: prof.ir. J.H.J.M. van der Graaf en prof.dr.ir. W.H. Rulkens. Plaats: Aula TU, Mekelweg 5, Delft, 13.30 uur.
Donderdag 24 januari
* Decanendag. Plaats: Aula TU, Mekelweg 5, Delft. Inl. 015-2783966.
Vrijdag 25 januari
* Levenslang leren. Afscheidsrede van prof.dr.ir. A. Verruijt. Plaats: Aula TU, Mekelweg 5, Delft, 16.00 uur.
Gegevens voor deze rubriek kunt u doorgeven via e-mail: delta@tudelft.nl
Comments are closed.