Aangenaam licht

Biotechnologen hadden al een groen fluorescerend eiwit uit een kwal geïsoleerd, nu hebben ze ook rood en geel fluorescerende eiwitten uit koralen gehaald.

Nog mooier dan bloemenweitjes in de Alpen zijn koralen in tropische zeeën. Bloedkoralen en buiskoralen bijvoorbeeld hebben een vuurrood kalkskelet, waartegen de tentakels als fijne, smaragdgroene of witte bloemetjes afsteken. Prachtig zijn ook de zeeveren, met helder gele, bruine, oranje of paarse poliepen. Sommige zeeveren geven zelfs licht; de hele kolonie licht blauw op wanneer hij ergens wordt aangeraakt. Ze zijn even kleurig als de zee-anemonen, waarin lichtgeel, rossig en roestbruin overlopen in violet, paars en indigo. En tussen al deze zeebloemen kunnen zich dan ook nog eens zachtgroene sponzen, diepblauwe buiskwallen of zilverwitte schelpdieren nestelen.

Geen wonder dat biotechnologen de zee uitkiezen om te zoeken naar fluorescerende eiwitten. Zeven jaar geleden isoleerden onderzoekers al het gen voor het groene fluorescerende eiwit (GFP) van de kwal Aequorea victoria. Deze kwal zendt groen licht uit wanneer hij mechanische druk voelt, bijvoorbeeld wanneer een vijandige vis voorbij zwemt. Zijn fluorescerend eiwit vangt het licht op van een ander eiwit dat blauw licht uitzendt, om vervolgens zelf het beter zichtbare groene licht uit te zenden. Ook uit lichtgevende zeeveren zijn een paar fluorescerende eiwitten geïsoleerd. Maar omdat ook deze groen licht uitzenden, voegen ze niet zoveel toe.

Onderzoekers van de Academie van wetenschappen in Moskou hebben nu in één keer vijf nieuwe fluorescerende eiwitten uit zee-anemonen en koralen geïsoleerd, waarvan er eentje rood-oranje licht uitzendt en een andere geel licht (Nature Biotechnology, oktober). Het oranjerood fluorescerend eiwit komt uit de koraal Discosoma, een koraal met fel oranjerode plekken op de ronde schijf waaraan de poliepen zitten. Het geel fluorescerend eiwit komt van de helder gele koraal Zoanthus. De Russen waren een nieuwe weg ingeslagen om deze eiwitten te vinden. Tot nu toe hadden onderzoekers alleen naar fluorescerende eiwitten gezocht in zeedieren die licht geven, zoals kwallen en zeeveren. Ze dachten namelijk dat fluorescerende eiwitten alleen in lichtgevende dieren voorkomen. Maar dat is dus niet waar. De fluorescerende eiwitten uit de koralen en zee-anemonen zijn evolutionair wel verwant aan het fluorescerend eiwit in de lichtgevende kwal, maar ze hebben er een andere functie. In de koralen zitten de fluorescerende eiwitten niet om het licht van een lichtgevend eiwit om te zetten in voor vijandige vissen beter zichtbaar licht, zo suggereren de onderzoekers, maar om het licht uit de omgeving aangenamer te maken voor de micro-organismen waar de koralen mee samenwerken.

De vondst is een verrassing voor het groeiend aantal biologen dat het lot van eiwitten en micro-organismen in levende planten en dieren bestudeert. Het volgen van de beweging van biomoleculen met fluorescerende eiwitten is een nieuw, en veelbelovend vakgebied. Door in bijvoorbeeld bacterie A een gen te zetten voor een groen fluorescerend eiwit en in een bacterie B een gen voor een geel fluorescerend eiwit, is onder de microscoop precies te volgen waar in de plant deze bacteriën zich vermenigvuldigen en hoe ze met elkaar concurreren. Bacterie A licht immers geel op, en bacterie B blauwgroen. En zo zijn ook eiwitten te volgen. Je kunt bijvoorbeeld actine, hoofdbestanddeel van het celskelet, een blauwgroene kleur geven door er een groen fluorescerend eiwitje aan te koppelen, en je kunt een hulpeiwit dat met actine reageert geel maken. Onder de microscoop zie je dan wanneer in de groeiende cel dit gele hulpeiwit naar het blauwgroene celskelet beweegt.

Met de huidige fluorescerende eiwitten kunnen de biologen nog niet meer dan twee, hoogstens drie biomoleculen tegelijk labelen. Aan het groen fluorescerend eiwit van de kwal is inmiddels wel zodanig gesleuteld dat het behalve groen, ook geel, groenblauw en blauw kan uitzenden. Maar omdat die kleuren nogal dicht bij elkaar liggen, gebruiken de onderzoekers er in de praktijk maar twee. ``Dit is dus echt een doorbraak', zegt prof.dr. Herman Spaink van het Clusiuslaboratorium in Leiden. ``Hoe meer kleuren we hebben hoe beter.' Je kunt met meer kleuren niet alleen onder de microscoop meer bacteriën en eiwitten tegelijk volgen, legt hij uit. Je kunt ook compartimenten in de cel gaan kleuren – bijvoorbeeld het golgi-apparaat en de mitochondriën – en vervolgens kijken naar welk compartiment anders gekleurde eiwitten zich bewegen

Volgens de Leidse bioloog hoeven tien of zelfs twintig gekleurde eiwitten de groei van een dier of plant niet te verstoren. Het aantal verschillende kleuren in een cel zal eerder worden bepaald door de hoeveelheid werk, want elk fluorescerend eiwit moet apart aan het te bestuderen eiwit worden gekoppeld. Eerst moeten beide genen aan elkaar geknoopt, en dan moet dit genconstruct in het DNA van de cel worden gebracht. Wel mogen de fluorescerende eiwitten niet toxisch, en niet te groot zijn. Aan deze voorwaarden lijken de rood en geel fluorescerende eiwitten uit de zee-anemonen te voldoen.

Nu blijkt dat ook niet-lichtgevende zeedieren fluorescerende eiwitten hebben, is de kans groot dat biotechnologen spoedig een scala aan labels vinden om er biomoleculen mee te kleuren. Koralen verdwijnen echter wel in een hoog tempo door vervuiling, klimaatverandering en overexploitatie. Iets wat een commentator in Nature Biotechnology doet opmerken dat er nu, naast de overweldigende schoonheid en de grote biodiversiteit, een derde argument is om er zuinig op te zijn: de mogelijk waardevolle eiwitten die koralen herbergen. Wel zou dit argument, zo schrijft hij er meteen achter, natuurlijk niet nodig moeten zijn.