Aantrekkelijke cellen

BiologieNieuw: kunstmatig magnetisch gemaakte gistcellen. Biologen kunnen ze bewegen en manipuleren. In de toekomst kan dat misschien ook met menselijke cellen.

Sander Voormolen

Lachende gezichtjes in een petrischaal. De Japanse onderzoeker Keiji Nishida bewijst met dit laboratoriumgrapje dat hij gistcellen met magneetjes precies naar de plek kan dirigeren waar hij ze wil hebben. De bakkersgist die de Japanner gebruikt, is van nature niet magnetisch, net zo min als de meeste levende organismen. In het laboratorium van het Wyss Institute van de Harvard University in Cambridge, aan de Amerikaanse oostkust, kreeg Nishida het voor elkaar de cellen via een serie genetische veranderingen extra gevoelig te maken voor magnetische velden. Het is een wetenschappelijke primeur (PLoS Biology, 28 februari).

Nishida voerde het onderzoek uit als postdoc onder leiding van hoogleraar Biochemie en Systeembiologie Pamela Silver. Silver is een van de oprichters van het Wyss Institute, dat zo is ingericht dat allerlei verschillende disciplines van Harvard en gelieerde academische ziekenhuizen bij elkaar komen, met als doel de oplossingen van de natuur te gebruiken voor nieuwe technologische vindingen. De academische fantasie wordt hier de vrije loop gelaten.

Kleine kompasnaaldjes

“Met dit experiment proberen we te begrijpen hoe magnetisme kan evolueren in cellen”, zegt Silver eerst in een telefonisch interview. In de natuur zijn er enkele soorten magnetotactische bacteriën, eencelligen die vooral op bodems van meren en oceanen leven waar maar heel weinig zuurstof beschikbaar is. Zij hebben ijzerhoudende korrels in hun cellen, waardoor ze zich als kleine kompasnaaldjes in de noord-zuidrichting oriënteren onder invloed van het aardmagnetisch veld. De micro-organismen zouden hun magnetisme gebruiken om snel de plekken te vinden waar de juiste zuurstofconcentraties heersen waaronder zij optimaal kunnen groeien.

Maar het is een beetje vergezocht dat de gistcellen van Nishida licht werpen op de evolutie van magnetisme in bacteriën – het magnetisme van zijn cellen is via kunstgrepen tot stand gekomen. Die hebben niet veel gemeen met de mechanismen in de bacteriekompasjes.

Het ultieme doel van Silver en Nishida is om een nieuw soort machine te bouwen, gebaseerd op levende organismen die via hun ingebouwde magnetisme kunnen communiceren met elektronische apparaten. Gevraagd naar de details daarvan houdt Silver de kaarten echter nog stevig tegen de borst. “Maar ik denk dat je zelf wel kunt bedenken wat je ermee kunt”, zegt ze.

Wat met deze vinding mogelijk zou zijn, is met een magneet bepaalde cellen uit een mengsel vissen. Dat kan een belangrijke toevoeging zijn voor de bioproces-industrie. Daar worden cellen in grote reactievaten gekweekt om allerlei grondstoffen te produceren, bijvoorbeeld voor geneesmiddelen. Via magnetisme zouden cellen met gewenste genetische aanpassingen heel eenvoudig geïsoleerd kunnen worden.

In de studie in PLoS Biology beschrijven Silver en Nishida dat zij door een oplossing van hun gistcellen over een magnetische kolom te laten lopen, maximaal 80 procent van de magnetische cellen konden vasthouden.

Als dit systeem straks gebruikt zou worden om cellen uit een oplossing te zuiveren, zou dat toch beter moeten? “Een opzuivering van 80 procent over een kolom is al aardig goed”, reageert Silver, “In een biologische fabriek zou je de organismen in een doorgaande stroom moeten isoleren. Zo kun je de efficiëntie ook verhogen.”

Nederlandse collega’s van Silver en Nishida zijn onder indruk van de resultaten. Hoogleraar Industriële Biotechnologie Han de Winde van de Technische Universiteit Delft vindt het onderzoek vooralsnog vooral “fundamenteel erg interessant”. Luc Brunsveld van de afdeling Chemische biologie van de Technische Universiteit Eindhoven is het daarmee eens: “We hebben nu magnetische gist, maar een toepassing is er nog niet.”

Toch heeft Brunsveld met rode oortjes een lezing van Nishida aangehoord toen deze twee weken geleden toevallig op bezoek was op de campus van Eindhoven. “Het is een heel spannend nieuw onderzoeksgebied”, zegt hij. “Met dit ingebouwde magnetisme kun je met magneten gaan trekken aan onderdelen van cellen. Zo kun je onderzoeken wat een interne trekkracht doet met de cel.”

Maar nog veel spannender wordt het als het lukt om ook zoogdiercellen magnetisch te maken, zegt Brunsveld. Dan komen ook medische toepassingen in zicht. “Magnetische cellen zou je in het lichaam kunnen volgen met beeldvormende technieken als MRI. Dat kunnen we nu alleen met fluorescerende cellen, maar om die te volgen moet je het lichaam opensnijden.” Nog verder in de toekomst zouden magnetische cellen ingezet kunnen worden om tumoren op te ruimen. “Je kunt ze via magnetisme warm laten worden, waardoor je lokaal hoge temperaturen krijgt die de tumorcellen doden.”

Is dat nog verre toekomst? “Wat in gist kan, kan ook in menselijke cellen”, zegt Silver simpel. Maar het lijkt De Winde en Brunsveld nog een hele toer. Gistcellen zijn een stuk robuuster, groeien snel en zijn makkelijker toegankelijk voor genetische veranderingen. Zoogdiercellen slaan ijzer daarnaast anders op dan gist. “De hoge concentraties ijzerverbindingen die Nishida in de proef gebruikte, zijn waarschijnlijk giftig voor zoogdiercellen”, zegt Brunsveld. “We hebben nog een flink aantal jaren nodig, voordat het zover is.”