De mens als netwerk van 7.440 chemische reacties

Wetenschappers maakten een overzicht van alle reacties in het menselijk lichaam. Een verstoring op één plek kan overal effecten hebben.

De mens is een waterige zak met daarin een zeer ingewikkeld netwerk van duizenden chemische reacties die elkaar beïnvloeden. Een internationale werkgroep van wetenschappers presenteerde gisteren de uitgebreidste ‘wegenkaart’ van de menselijke stofwisseling, in het wetenschappelijke blad Nature Biotechnology.

In het model, Recon 2 geheten, zijn 7.440 biochemische reacties opgenomen tussen meer dan 5.000 verschillende stoffen. Het laat in detail zien hoe het lichaam voedingsstoffen verteert, bewerkt en uit losse onderdelen weer nieuwe moleculen opbouwt. Dat gaat van eiwitten en hormonen tot aan vetten en DNA.

„Het is geweldig handig om zo’n virtueel model van de stofwisseling te hebben”, zegt Hans van Beek, bioinformaticus aan het VU Medisch Centrum in Amsterdam en mede-auteur van het artikel. „We gebruiken het bijvoorbeeld om te kijken welke veranderingen in de stofwisseling optreden bij Parkinson.”

Veranderingen in de activiteit van een paar genen die betrokken zijn bij deze ziekte blijken op heel verrassende plekken van invloed te zijn op de stofwisseling van de hersenen, vertelt Van Beek. „Dankzij het stofwisselingsmodel konden we voorspellen dat de hersenen van een parkinsonpatiënt melkzuur gaan vormen, terwijl het zuurstofverbruik afneemt. In een bepaald gebied in de hersenen zou de stofwisseling juist toenemen volgens ons model, en dat deel blijkt inderdaad meer elektrische activiteit te vertonen bij patiënten. Deze hersenkern is ook het doelgebied van zogeheten deep brain stimulation, een therapie om de symptomen van Parkinson tegen te gaan.”

Recon 1, de eerste versie van de kaart, verscheen al in 1997, gemaakt door een groep bioinformatici van de Universiteit van Californië in San Diego. Later ontwikkelden ook andere groepen in de wereld hun eigen databanken, in Edinburgh en Duitsland. Ruim drie jaar geleden besloten de onderzoekers hun krachten te bundelen. Op IJsland (Van Beek: „mooi strategisch gelegen tussen de Verenigde Staten en Europa”) kwamen bioinformatici uit de hele wereld bijeen op een jamboree om de basis te leggen voor Recon 2.

De Recon 2 is een algemene databank van de menselijke stofwisseling, niet gespecificeerd voor één orgaan of één bepaald celtype. Met het model kunnen onderzoekers bijvoorbeeld voorspellen wat de gevolgen zijn voor de stofwisseling bij aangeboren genafwijkingen. „Met deze kennis kunnen we proberen de stoornis biochemisch recht te breien”, zegt Van Beek. „Een tekort is misschien te verhelpen met bepaalde voedingsstoffen.”

Bij het reconstrueren van de biochemische routekaart was het humane genoomproject cruciaal. Maar minstens zo belangrijk was de biochemische literatuur waarin de uiteenlopende reacties beschreven zijn. „Sommige van die publicaties dateren van tien, veertig, zelfs honderd jaar geleden”, zegt Van Beek. „Het is echt biochemische archeologie.”

In Recon 2 zitten waarschijnlijk nog lang niet alle mogelijke omzettingen van het menselijk lichaam. Van Beek verwacht dat het project uiteindelijk zal evolueren tot iets Wikipedia-achtigs, waarbij onderzoekers voortdurend gegevens blijven corrigeren en aanvullen. De toepassing van Recon 2 ligt nu nog vooral in academisch onderzoek, maar Van Beek hoopt dat over vijftig jaar „iedere huisarts toegang heeft tot de opvolger van deze databank, om een diagnose te stellen en een optimale behandeling te kiezen.”