Ogen gericht op de wimpers van de cel

Wetenschap in uitvoering Bioloog Nguyen Thanh Minh maakt een lange dag in het lab bij haar onderzoek aan celhaartjes.

Lucas Brouwers

Het is vrijdagochtend. Boven de wastafel prijkt een print van een half ontbloot mannenlijf. ‘Man van de maand’, staat eronder. Hij kijkt zwoel en zelfverzekerd, maar lijkt toch niet op zijn plek, hier tussen de pipetten en reagentia. De flessen op de plank achter de wastafel dragen allemaal hetzelfde label: Made by Minh.

“Heb je het al gezien Minh? Volgende week komt er iemand uit Vietnam spreken.” “Great, dan hebben we eindelijk een heuse Vietnamese gemeenschap hier in Nijmegen!”

Nguyen Thanh Minh (familienaam voorop, voornaam achteraan) heeft haar weerwoord snel klaar. Nguyen (Hanoi, 1983) studeerde biotechnologie in Vietnam en kwam in 2008 naar Nederland voor een masteropleiding en haar promotie.

“Je hebt de verkeerde dag uitgekozen om mee te lopen”, waarschuwt Nguyen met een glimlach. “Het wordt laat.” Het protocol voor het experiment van vandaag rolt ondertussen uit de printer. “Dit experiment heb ik de hele week al voo rbereid. We gaan vandaag de cellen oogsten die ik heb opgekweekt.”

Nguyen treuzelt niet. Met een pen in haar hand loopt ze langs elke stap van het protocol. Soms prevelt ze een berekening en verandert ze een getal. Als ze klaar is, bindt ze haar sluike, zwarte haar met een elastiekje vast. Om haar handen spant ze een paar latex handschoenen. Maat XS.

Nu even niet meer praten, alsjeblieft. “Vat het niet persoonlijk op. Je speekseldruppeltjes kunnen de oplossingen besmetten.” Nguyen mengt, zwenkt, lost tabletjes op en pipetteert met een paars pipetpistool (merk: Pipetboy) vloeistoffen uit bruine flessen van haar plank over in heldere bekerglazen. Waartoe dienen de oplossingen die Nguyen nu voorbereidt? “Dat weet je toch wel?”, plaagt ze. Nguyen en ik hebben tegelijk dezelfde masterstudie gedaan. Dan, serieus: “Dat is de lysis buffer. Een detergent, om het celmembraan van de cellen mee af te breken.”

Even later duwt Nguyen een kar met oplossingen, inclusief de lysis buffer, op ijs gekoeld, door de gangen van de afdeling. Langs de koudekamer, kantoortjes en een collegezaaltje. Ze rolt een kleine ruimte binnen. Het celkweeklab. Labjassen zijn hier verplicht.

Nguyen kweekt hier niercellen, van het type HEK-293 (Human Embryonic Kidney). Deze cellijn is populair onder moleculair biologen. De cellen zijn makkelijk te manipuleren en groeien als kool.

Nguyen heeft woensdag wat DNA bij deze cellen naar binnen gesmokkeld, zodat ze nu bepaalde eiwitten produceren. Cilia-eiwitten, om precies te zijn. Cilia (Latijn voor ‘wimpers’) zijn fijne celhaartjes. Ze worden ook wel zweepstaartjes, of trilhaartjes genoemd.

Sommige cellen slaan hun cilia heen en weer, zoals de cellen in de deklaag van longen en luchtpijp. Met elke zwiep werken ze slijm en stof omhoog. Andere cellen hebben cilia als antennes: stijf en onbeweeglijk, maar ook gevoelig. Ze registreren de stroming van vloeistoffen, zoals urine in de nier, of trillingen in hun omgeving, of vangen licht op zodat we kunnen zien, zoals de lichtgevoelige cilia in de kegeltjes en staafjes van ons netvlies.

In bijna elk orgaan, van nier tot neus, komen wel cellen met cilia voor. Een ciliadefect kan grote gevolgen hebben. Mensen met het syndroom van Bardet-Biedl, een aangeboren aandoening, hebben nierproblemen en hartafwijkingen en worden meer dan eens blind op latere leeftijd. Vaak hebben ze meer dan vijf vingers of tenen per hand of voet, omdat cilia een rol spelen bij de ontwikkeling van het embryo.

Blokkentoren van eiwitten

Cilia zijn complexe celorganen (organellen), vertelt Nguyen: “Elk cilium bestaat uit vijfhonderd tot duizend verschillende eiwitten.” Welke werken met welke samen? En wat gaat er mis, als er één steentje uit die blokkentoren van eiwitten ontbreekt? Dát wil Nguyen weten. Ze is niet zozeer geïnteresseerd in de cilia-eiwittten die de cellen nu produceren, maar vooral ook in de partnereiwitten waaraan ze zich hebben gehecht.

Eén voor één haalt Nguyen de petrischaaltjes uit de stoof. Zestien stuks in totaal. De niercellen zijn als een flinterdun tapijtje over de bodem van de schaaltjes uitgespreid.

Dinsdag is Nguyen met de celkweek begonnen. Vanaf woensdag produceren de cellen de eiwitten waar het haar om gaat. En vandaag gaan ze dood.

Nguyen pipetteert de meegebrachte lysis buffer in het eerste petrischaaltje. Celmembranen scheuren nu open. Eiwitten, DNA en celvloeistof lekken uit de cellen als water uit een geknapte waterballon.

Nguyen heeft ervoor gezorgd dat dat ordelijk gebeurt. Knipenzymen die de cilia-eiwitten af kunnen breken zijn bijvoorbeeld uitgeschakeld, door moleculen in de lysis buffer. Nguyen wil de eiwitcomplexen zo intact als mogelijk isoleren.

Kalm zwenkt Nguyen de petrischaaltjes heen en weer. Met een ruitenwissertje krabt ze de opengescheurde cellen van de bodem. Als Nguyen het schaaltje scheef houdt, dwarrelen witte vlokjes naar beneden. Ergens tussen die vlokjes zweven de eiwitten die Nguyen zoekt.

Nguyen schraapt zo zestien petrischaaltjes leeg, vier keer voor elk van de vier verschillende cilia-eiwitten die ze gaat oogsten. Vier uit vele. “Je kunt er nu eenmaal geen honderd tegelijkertijd doen”, zucht ze. De rest van de middag zal Nguyen haar eiwitten uit de celsoep proberen te vissen, om ze daarna op te zuiveren.

Het is half een. Het lab gaat lunchen, maar Nguyen gaat niet mee. Het protocol laat het niet toe. Ze is bij stap 5, maar tijd voor een lunchpauze is er pas een half uur later, bij stap 9. De gekraakte cellen moeten dan anderhalf uur lang incuberen, in de koude kamer. Ze klikt de vier buisjes, elk met een eigen eiwit, vast in een draaiend minireuzenrad. “Zo, waar zullen we gaan eten?”

Het voedselkraampje naast het Gebouw Vrouw en Kind verkoopt broodjes aan onderzoekers, doktoren, patiënten en bezoekers van het UMC. Het worden twee broodjes gezond. Vlug haalt Nguyen nog een sinaasappel uit de PhD room. In deze ruimte, een verdieping onder de afdeling waar Nguyen haar onderzoek doet, hebben promovendi een bureau en computer. Op een toetsenbord ligt een buisje met fruitvliegjes. “Oh, vast een experiment”, zegt Nguyen terloops.

“Met de promovendi op de PhD room is het erg gezellig”, zegt Nguyen later aan tafel. “We koken soms voor elkaar, laatst aten we Spaans. En er wordt veel geroddeld. Eigenlijk is die kamer één groot cultureel uitwisselingsproject.”

Terug naar het lab. Tijd om te gaan vissen. De cilia-eiwitten en hun eiwitpartners zijn het doelwit; minuscule kraaltjes, amper met het oog te zien, zijn het aas. De cilia-eiwitten van Nguyen zijn verlengd met een stuk eiwit, een tag, waardoor alleen zij aan de kraaltjes blijven plakken.

Nguyen draait de eiwitbuisjes af in een labcentrifuge. De kraaltjes zinken nu naar de bodem, zodat Nguyen de oninteressante eiwitten en overige celbrokstukken uit de vloeistof weg kan zuigen. Het kaf dat van het koren wordt gescheiden. Daarna herhaalt Nguyen de hele procedure. Het protocol is onverbiddelijk.

Alle eiwitten die Nguyen op deze manier opzuivert, stuurt ze naar Tübingen. Daar bepalen collega’s de massa van elk eiwitfragment met een massaspectrometer, tot op een paar honderd atoommassa’s nauwkeurig. Het vastgestelde gewicht verraadt de identiteit van de cilia-eiwitten in Nguyens eiwitmengsel.

Bio-informatici gaan met deze data aan de slag. Zij brengen het netwerk van cilia-eiwitten in kaart, en speuren naar verbanden. Welke eiwitten werken samen? Wat zijn de belangrijkste knooppunten? Daarna spelen zij de bal terug naar experimentele biologen zoals Nguyen, om hun voorspellingen te bevestigen.

Eerst data produceren en daarna pas interpreteren. Dit is hoe de systeembiologie, een jonge discipline, opereert. Systeembiologen benaderen de biologie op holistische wijze. Weefsels en ziekten laten zich alleen begrijpen als je de eiwitten en genen kent, en andersom, stellen zij.

“Maar we gaan niet wachten tot de bio-informatici met een hypothese komen”, bezweert Nguyen. “Wij kijken alvast naar de data met het oog van een bioloog.”

Bibberen

Koffiepauze in het lab. Een onderzoeker vraagt aan de analisten in het lab of ze ook zin hebben in koffie, maar niet aan Nguyen. Ze is nog druk in de weer met pipet en filters, en wordt bovendien geschaduwd door een journalist.

Bijna vier jaar is Nguyen nu in Nederland. Ze is in januari met een cursus Nederlands begonnen. “Ik wil de gesprekken tijdens de koffiepauzes kunnen volgen. Nu kan ik me niet in het gesprek mengen, maar ik kan ook niet zomaar opstaan en weglopen.”

Contact leggen met haar Nederlandse collega’s valt Nguyen sowieso zwaar. “Vrijdagen en maandagen zijn eigenlijk het beste. Dan kan ik ten minste vragen wat ze in het weekend gaan doen, of gedaan hebben.”

Als Nguyen de kraaltjes voor de tweede keer gewassen heeft, neemt ze de vier buisjes mee naar de koudekamer. Deze keer plaatst ze de buisjes niet in het reuzenrad, maar op een trilplaat. Bibberen, in plaats van draaien. “Het volume in de buisjes is nu te klein om de inhoud met het rad te mengen”, legt Nguyen uit.

Nu pas heeft Nguyen tijd voor een koffiepauze. Wederom eerst een tussenstop in de PhD-room. Het buisje met fruitvliegen is inmiddels een doos met buisjes geworden. “Wil je een koekje?”, vraagt Nguyen. Een mazzeltje voor de hongerige toeschouwer: het ‘koekje’ blijkt een gevulde koek.

Even later loopt Zafar Iqbal, een promovendus uit Pakistan, de koffiekamer binnen. Nguyen: “Hey Zafar! Ken je Lucas nog? Wil je een koekje?”

Eenmaal terug op het lab nemen een paar van Nguyens labgenoten al afscheid. Het weekend begint, de zomerzon lokt, maar voor Nguyen gaat het experiment door. Nog een zuiveringsstap. Weer die kraaltjes, weer wassen, afdraaien en wegzuigen.

Nu moet Nguyen de opgeloste cilia-eiwitten nog zover krijgen dat ze als vaste stof neerslaan. De laatste etappe. Je kunt ze niet zien, maar ergens tussen de laagjes methanol en chloroform zweven de eiwitten waar het Nguyen om gaat. Voorzichtig zuigt ze de methanol weg. De plastic buisjes gaan de centrifuge in. Gezoem. Er is niets te zien. “Heb ik te snel afgedraaid?”, vraagt Ngyuen aan niemand in het bijzonder.

Nog een keer pipetteren en afdraaien. Daar zijn ze. Een paar witte vlekjes kleven tegen de rand. “Tada!” Nguyen houdt de plastic buisjes omhoog en glimlacht een flauwe glimlach. “Zie je ze?” Ik zie ze.

De buisjes met eiwitten krijgen allemaal een labeltje en verdwijnen in een vriezer. Min tachtig voor nu, maandag gaan ze op de post.

De waarschuwing van Nguyen is uitgekomen: het is half zeven. In een klein kantoortje tegenover Nguyens lab buigt een professor zich over haar papieren. Het lab zelf is leeg. Het is vrijdagavond.