CHEMICI BESTUDEREN CELLEN IN 'S WERELDS KLEINSTE REAGEERBUIS

Chemici van de Stanford Universiteit, de Universiteit van Göteborg in Zweden en Pomona College in Claremont, Californië hebben 's werelds kleinste reageerbuis ontwikkeld (Science, 19 maart). Men wil deze buisjes - een soort membraanzakjes - gebruiken voor het bestuderen van chemische reacties van biologische moleculen. Met de buisjes willen ze levende cellen nabootsen. In het verleden waren wetenschappers voor dit soort experimenten aangewezen op in vivo experimenten, dus met echte levende cellen, of op in vitro experimenten, met glazen buisjes. Ook worden soms kleine `poeltjes' in siliciumschijven gebruikt, maar dan lijken de chemisch-fysische condities toch eerder op die van glas dan op die van levende cellen. De geringe afmeting van de membranen is van cruciaal belang. Wanneer dezelfde experimenten worden herhaald bij grotere volumes worden niet dezelfde reacties waargenomen. Dat komt omdat moleculen in een levende cel voortdurend tegen elkaar en tegen de wand van het membraan opbotsen. Een enkel eiwit en een enkel substraat, een molecule waarmee het eiwit regeert, komen gemiddeld 300.000 maal per seconde met elkaar en zo'n 200 miljoen maal met de membraanwand in aanraking.

De membraanzakjes zijn vrij eenvoudig te ontwikkelen. Met hoeft alleen maar een laagje kunstmembraan op bijvoorbeeld een mengsel van alcohol en water te leggen. Door de druk boven het membraanlaagje te verlagen, verdampt het water en ontstaan kleine zakjes met een diameter van 50 nanometer tot 50 micrometer (een nanometer is een miljoenste millimeter, een micrometer is een duizendste millimeter). Het kunstmembraan dat men gebruikt - gemaakt van verschillende fosfolipiden - vertoont overeenkomsten met membranen van levende cellen. Door verschillende fosfolipiden te gebruiken kan men de fysische en chemische eigenschappen van de membranen variëren.

Er zijn twee manieren om chemische reacties in de membranen te veroorzaken. Zo kan men de zakjes vullen met een bepaalde vloeistof en die laten reageren met een vloeistof daaromheen. Door een elektrische spanning aan te leggen vormen zich in de membraan poriën en kunnen de stoffen zich mengen. Ook kan men met behulp van een elektrische spanning twee membranen met verschillende stoffen laten fuseren tot een groter membraan. Bij experimenten heeft men tot nu toe vooral gebruik gemaakt van lichtgevende kleurstoffen, maar er zijn meer methoden om de reacties in de membranen te bestuderen. De wetenschappers hebben al een aantal toepassingen op het oog, zoals de bestudering van het celmetabolisme, de synthese van eiwitten, de invloed die ziekteverwekkers hebben op de biochemie van de cel en de toediening van geneesmiddelen of genen aan enkele cellen.

(Jan Libbenga)