TOXINE VAN BACTERIE OMGEBOUWD TOT VEELZIJDIGE BIOSENSOR

Sensoren worden gebruikt bij het detecteren van milieugevaarlijke stoffen, het opsporen van ziektes en het lokaliseren van landmijnen. Ze zijn soms uiterst gevoelig, maar een groot nadeel is dat ze speciaal voor een bepaalde taak moeten worden ontwikkeld. Scheikundigen van Texas A&M University hebben onlangs een belangrijke stap gezet op weg naar een meer universele sensor. Zij gingen daarvoor te rade bij de natuur, want in elke cel zitten talloze receptoren die niet alleen dat ene karakteristieke molecuul uit een oplossing kunnen vissen, maar daarbij zelfs onderscheid weten te maken tussen twee die elkaars spiegelbeeld zijn. Om zo'n natuurlijke `detector' geschikt te maken voor andere moleculen, pasten ze een slimme truc toe. Als uitgangspunt namen ze -hemolysine, een toxine dat wordt uitgescheiden door sommige bacteriën. Het toxine boort zich in de celmembraan van een dierlijke gastheercel, vormt daar een porie en zorgt er uiteindelijk voor dat de `lekgeprikte' cel sterft. Het van nature voorkomende -hemolysine laat alleen kleinere, bolvormige moleculen door. De onderzoekers modificeerden het molecuul. Ze brachten eerst een vernauwing aan door ringvormige suikermoleculen toe te voegen aan de oplossing. Deze nestelden zich stevig in de porie, waardoor de doorgang werd verkleind. Met behulp van verschillende moleculaire `adaptoren' konden ze afstemmen welke moleculen wél en welke moleculen niet naar binnen konden (Nature, 22 april 1999).

Om vast te kunnen stellen of de porie open of dicht was, werd de stroom door het membraan gemeten. In de open toestand kunnen kleine ionen vrijelijk passeren, hetgeen een constante stroom tot gevolg heeft. Wanneer echter een veel groter organisch molecuul de porie (tijdelijk) verstopt, leidt dat tot een meetbare stroomafname. Na verloop van tijd schiet het molecuul weer naar buiten, waarna de stroom zijn oude waarde aanneemt. Voortdurend gaat de waarde van de stroom dus tussen twee uitersten heen en weer. Het aantal keer per seconde dat dat gebeurt, is een maat voor de concentratie van het te detecteren molecuul. De grootte van de stroomafname bleek kenmerkend te zijn voor het soort molecuul dat zich in de porie bevindt. Zo kunnen dus verschillende moleculen in oplossing van elkaar worden onderscheiden. Maar ook op andere manieren kunnen subtiele verschillen worden vastgesteld. Zo gaven twee bijna identieke medicijnen weliswaar een zelfde stroomafname te zien, maar verbleef de een gemiddeld steeds net iets langer in de porie dan de ander. Naast variatie in de grootte van de te gebruiken adaptoren, kunnen deze bovendien nog chemisch veranderd worden, waardoor ze alleen met specifieke moleculen een binding aangaan. Dat zou pas echt een veelzijdige biosensor opleveren.

(Rob van den Berg)