Biofysici bouwen ‘spieren’ van plant- en diercellen na

Moleculaire motortjes (grijs) zorgen voor het samentrekken van eiwitdraadjes (rood). FOTO FOM FOM

Dieren- en plantencellen danken hun stevigheid deels aan hun actieve cytoskelet. Dat bestaat uit een netwerk van staaf- en vezelachtige eiwitten en zorgt voor vorm en stevigheid. Het kan ook van vorm veranderen, bijvoorbeeld als de cellen zich delen en in tweeën splitsen. Onderzoekers van de Vrije Universiteit in Amsterdam en de Georg August Universiteit in het Duitse Göttingen hebben nu voor het eerst een synthetisch model van zo’n cytoskelet gemaakt. Het lukte ze om het namaakcytoskelet doelbewust stijver en minder stijf te maken, en om die verandering ook te detecteren (Science, 19 januari).

Voor hun model-cytoskelet gebruikten de onderzoekers staafvormige eiwitten, actines. Ze verbonden die met elkaar door korte overbruggende motoreiwitten, myosines geheten. Myosines werken als minuscule lieren, die de twee actinestrengen langs elkaar kunnen trekken. In die zin zijn het de ‘spieren’ van de cel – en die vergelijking gaat zelfs iets verder, omdat ook in echte spiercellen het koppel actine-myosine de trekkracht levert.

In het cytoskelet liggen de vezels ongeordend in het netwerk en zijn alle trekkrachten in evenwicht. Bewegingen of het verstijven ervan zijn daardoor onder een microscoop niet direct te zien. De spanningen die de onderzoekers opwekten met de myosinemotortjes werden daarom indirect gedetecteerd. Daartoe brachten zij plastic en glazen bolletjes van een duizendste millimeter doorsnee in het netwerk aan.

Zulke bolletjes trillen altijd al een beetje, bijvoorbeeld door botsingen met watermoleculen, de zogeheten Brownse beweging. Maar naarmate het netwerk stijver wordt, lopen de Brownse bewegingen van naburige bolletjes meer met elkaar in de pas. Door deze correlaties te filmen viel de stijfheid van het netwerk indirect wél te bepalen.

Bij het inschakelen van de myosine-motortjes bleek de stijfheid van het vezelnetwerk tot een factor honderd toe te nemen, afhankelijk van de energietoevoer aan de myosine-motortjes.

De onderzoekers vermoeden dat hun simpele model de essentie van het actieve cytoskelet goed weet te vangen. Dat maakt verder onderzoek eenvoudiger. Daarnaast bieden de resultaten aanknopingspunten voor het ontwerp van adaptieve materialen of smart materials. Die materialen, die meestal alleen nog op papier bestaan, kunnen hun eigenschappen op commando aanpassen. Synthetische spieren zijn een voorbeeld, of textielsoorten die desgevraagd plaatselijk stugger of soepeler worden.

Bruno van Wayenburg

    • Bruno van Wayenburg