Reportage

Slangengif uit het lab

Biologie Om antiserum te maken, moesten slangen altijd ‘gemolken’ worden. In Utrecht kunnen ze nu gif kweken in het laboratorium.

Foto Getty Images

Het dodelijke gif van cobra’s, adders en ratelslangen kan nu worden geproduceerd in het laboratorium. Stamcelbiologen uit de groep van Hans Clevers van het Hubrecht Instituut in Utrecht zijn erin geslaagd minigifkliertjes van negen verschillende slangensoorten op te kweken, op dezelfde manier waarop ze al langer miniorgaantjes van mensen en muizen kweken. Deze zogeheten organoïden, die eruitzien als microscopisch kleine bolletjes van verschillende cellen, produceren in hun holte kleine hoeveelheden slangengif. De resultaten van de proeven werden vorige week gepubliceerd in het vakblad Cell.

Het begon als een spannend, wild idee van drie jonge promovendi in de groep van Clevers. Onder collega’s worden ze „de drie J’s” genoemd, naar hun voornamen: Joep, Jens en Yorick. Twee van de drie geven uitleg; de derde, Yorick Post, zit in Californië. „We zaten te brainstormen: wat zou je nog meer kunnen met de organoïdetechnologie waarmee wij ons onderzoek doen”, zegt Jens Puschhof, een Duitse promovendus uit Mainz. „We kwamen al snel uit op gifslangen.”

Verrassend makkelijk

Nooit eerder was geprobeerd om van zulke exotische dieren miniorgaantjes te kweken. „We hadden vooraf geen idee of de gifklieren van slangen wel stamcellen zouden bevatten”, zegt Joep Beumer. „Zonder die stamcellen kun je überhaupt geen organoïden kweken.”

Maar het ging verrassend makkelijk, vertelt Beumer, gewoon met de beproefde technieken van muis en mens. „Eigenlijk de enige aanpassing die we deden is dat we de normale kweektemperatuur van 37 graden omlaag brachten naar 32. Dat past meer bij de biologie van een slang.”

Beumer laat in het laboratorium zien hoe zo’n kweek eruitziet. Hij trekt handschoenen aan voor hij een stapeltje doorzichtige perspex bakjes uit een broedstoof haalt. Dat is protocol bij het werken met celkweken. Maar, zegt Beumer ondertussen: „Ik vind het nog altijd een beetje eng, die organoïden van gifdieren. Soms bevat het gif ook stoffen die weefsels afbreken. Alleen aanraken kan al gevaarlijk zijn.”

Kleine gifkliertjes

Even later schuift Beumer een van de kweekbakjes gevuld met roze vloeistof onder de microscoop. Op het beeldscherm verschijnen pluizige structuren met af en toe scherp afgetekende cirkels. „Die rommel ertussen zijn nog wat resterende cellen van het weefsel”, legt Beumer uit. „De bolletjes zijn de organoïden die groeien uit de stamcellen in het weefsel. Die stamcellen blijven in kweek groeien, de andere cellen gaan na verloop van tijd dood. Zo houden we bolletjes van stamcellen over. Als we dan de groeifactoren weghalen gaan de cellen zich specialiseren en krijg je kleine gifkliertjes.”

Slangengiforganoïden. Foto Ravian van Ineveld

Jens Putschof: „Onder de elektronenmicroscoop zagen we duidelijk dat dit kliercellen waren, met donkere blaasjes aan de kant van de holte van het bolletje. Later konden we inderdaad aantonen dat de blaasjes volzaten met toxine-eiwitten.”

De samenstelling van het kweekgif bleek in grote lijnen overeen te komen met natuurlijk slangengif. Dat betekent dat slangengif nu in het laboratorium gekweekt kan worden.

Meteen enthousiast

Hoe kwamen de biologen aan celmateriaal? Jens Puschhof: „Tijdens onze voorgesprekken noemde Yorick meteen de naam van Freek Vonk van Naturalis, natuurlijk bekend van tv als kenner van gifslangen. We namen contact op en hij was meteen enthousiast. Via Freeks netwerk van slangenkwekers konden we eieren bemachtigen van verschillende soorten gifslangen. Voordat een slangenei uitkomt zit er al een compleet slangetje in, inclusief functionele gifklieren. Die konden wij gebruiken voor onze kweek.”

„Ons oorspronkelijke idee was dat je van het kweken van organoïden van een ander dier iets nieuws kan leren”, zegt Joep Beumer. Maar het pakte veel groter uit. „Het is een heel nieuw veld van onderzoek”, aldus Beumer.

„Dit is fantastisch”, beaamt medeauteur en evolutiebioloog Freek Vonk aan de telefoon. „Er bestaat veel variatie in slangengif, met consequenties voor de werking ervan, maar we begrijpen eigenlijk nog helemaal niet hoe dat tot stand komt. Nu kunnen we voor het eerst op een heel fijn niveau in het lab de werking van de gifklier bestuderen en analyseren.”

Paarden of schapen

Bovendien biedt de techniek de mogelijkheid de productie van antigif op het niveau van de 21ste eeuw te brengen. Om antisera te maken worden slangen nu nog ‘gemolken’, waarbij hun gif wordt opgevangen. Dat wordt verdund ingespoten bij paarden of schapen om zo antistoffen op te wekken die aan slachtoffers kunnen worden toegediend. Dat is vrij omslachtig en leidt tot een chronisch tekort aan antigif, een van de oorzaken dat gifslangbeten jaarlijks wereldwijd meer dan honderdduizend dodelijke slachtoffers eisen. Een veelvoud daarvan overleeft de beet ternauwernood maar moet dat wel bekopen met ernstige verminking of invaliditeit.

Mogelijk kan dat nu veranderen. „Die gifkliercellen groeien nu als een malle in het lab”, zegt Vonk. „Dankzij deze organoïdentechniek hebben we nu voor het eerst in het lab een gecontroleerde toegang tot gif, dat je oneindig en continu kan blijven aftappen.”

Samen met Hans Clevers heeft Vonk plannen om de productie verder te brengen. „Met moleculaire technieken zoals phage display kunnen we op een slimme manier monoklonale antistoffen produceren, zonder dat daar dan nog het immunisatieproces van dieren voor nodig is.”

Voldoende gif

Maar leveren die minigifkliertjes wel voldoende gif op? Joep Beumer: „De hoeveelheid uit onze eerste kweek was veel lager dan van normaal gif. Maar organoïden groeien snel, per week kun je ze vervijfvoudigen. De opbrengst kan dan theoretisch miljoenen keer meer worden dan je ooit van slangen zou kunnen melken.”

Clevers en Vonk willen een consortium opzetten om van vijftig tot honderd soorten slangen gifkliertjes te kweken. „Ook van andere giftige dieren zullen we proberen organoïden te kweken”, zegt Vonk. „Denk aan giftige zeeslakken en steenvissen, maar ook aan het vogelbekdier en de almiqui, een giftig zoogdier uit Cuba.”

Vonk wil ook organoïden gaan kweken van bedreigde diersoorten: „Die kunnen we dan opslaan in het lab, zodat we altijd terug kunnen naar het gif van die soort als hij onverhoopt blijkt uit te sterven. Ik denk bijvoorbeeld aan de Bitis albanica, een kleine gifslang die leeft in Zuid-Afrika. Tien jaar lang hebben we gedacht dat die was uitgestorven, tot een expeditieteam hem vorig jaar toevalligerwijs ineens weer wel spotte. Niemand is ooit door die slang gebeten, niemand weet wat er in het gif zit. Het is natuurlijk superinteressant om van deze meest bedreigde slang ter wereld organoïden te verkrijgen. Wat er dan ook gebeurt met de soort, het gif stellen we dan veilig.”

Nieuwe medicijnen

De organoïdentechnologie leent zich volgens Vonk bij uitstek om in gif nieuwe medicijnen te ontdekken. „Je moet nooit vergeten dat het gif door miljoenen jaren evolutie is omgevormd tot een zeer krachtige cocktail van tientallen tot meer dan honderd verschillende stoffen die allemaal zeer geraffineerd te werk gaan en gericht zijn op het verstoren van belangrijke fysiologische processen in prooi of belager. Dan moet je denken aan ademhaling, bloedsomloop, zenuwstelsel. Die miljoenen jaren evolutie hebben ervoor gezorgd dat die moleculen superkrachtig zijn, maar ook uiterst specifiek. Een krachtige werking gecombineerd met een specifieke werking is ook wat je zoekt met een medicijn. Daarom zijn giffen zo’n goudmijn voor de farmaceutische industrie.”

Uit slangengif worden op kleine schaal al medicijnen geproduceerd, zoals bloeddrukverlagers en bloedverdunners. Het gif van een zeeslak levert een krachtige pijnstiller, en het gif van het gilamonster bevat het eiwit exenatide dat werkt tegen diabetes. Op het Hubrecht Instituut hebben ze al organoïden van de Mexicaanse korsthagedis in kweek.

Het is een curieuze zijlijn in het biomedische onderzoek in het Hubrecht Instituut, maar Beumer benadrukt dat ze er veel van leren. „Jens en ik werken in ons promotieonderzoek aan organoïden van de darm om de productie van hormonen te bestuderen. Dat heeft veel overeenkomsten met het kweken van gifklierorganoïden. In de gifklier bestaan verschillende regio’s die ieder een eigen mix van gifstoffen uitscheiden. Dat zien we in de darm ook, er zijn verschillen in hormoonproductie aan het begin of aan het eind van de dunne darm en in de dikke darm.”

De Utrechtse stamcelbiologen zijn geïntrigeerd geraakt door de slangen. „Er is zo veel van te leren”, zegt Beumer. „Er zijn slangensoorten die slechts heel af en toe eten, maar als ze dat doen, kunnen ze hun vertering enorm opschroeven. De lengte van hun darm verdubbelt dan in één dag en de efficiëntie van de opname van voedingsstoffen neemt dan toe met het honderdvoudige. Het zou interessant zijn te onderzoeken hoe dan in zijn werk gaat. Misschien kunnen we die kennis dan toepassen bij mensen met een te korte darm, die nu afhankelijk zijn van sondevoeding.”