Nieuwe techniek om eiwitten zichtbaar te maken
Eiwitten in de membranen van een cel laten zich notoir moeilijk onderzoeken. Vandaar dat oppervlaktefysicus Tjerk Oosterkamp en collega’s hard werken aan een nieuwe techniek om ze zichtbaar te maken. Vandaag publiceren de fysici in Nature over het ‘eerste licht’ van hun nieuwe microscoop.
Een enkel eiwit
Sinds enkele jaren werkt Tjerk Oosterkamp, hoogleraar experimentele natuurkunde, aan de techniek - magnetische resonantie krachtmicroscopie - die een enkel eiwit zichtbaar moet kunnen maken. En nu is er succes. ‘We hebben de spins (de richting van het tollen) van elektronen in een oppervlakte van silicium waargenomen’, zegt Oosterkamp. ‘Dat is echt nog maar een prille eerste stap. Je kunt het vergelijken met het licht in de allereerste microscoop; het laat zien dat de techniek in principe werkt. Nu kunnen we beginnen met het maken van een beeld.’
Combinatie van technieken
Magnetische resonantie krachtmicroscopie berust op het combineren van twee bestaande technieken. Ten eerste is er atoomkrachtmicroscopie, waarmee moleculen in beeld worden gebracht door ze letterlijk te betasten met een extreem scherpe naald. Als tweede is er kernspinresonantie, een techniek waarmee een beeld gevormd kan worden door nauwkeurig naar de magnetische eigenschappen van atomen te kijken. Oosterkamp heeft nu de naald uit de eerste techniek gebruikt om de magnetische eigenschappen uit de tweede techniek te meten. Dat deed hij onder andere door een minuscuul magneetje aan de naald vast te maken die een interactie ondergaat met het magnetische veld van de elektronen. ‘Dit samenspel is echt ontzettend zwak’, zegt Oosterkamp. ‘We praten over krachten van attonewtons (10^-18 Newton), maar het zegt wel iets over de plek van de elektronen.’
Experimenten bij extreme kou
Het is geen toeval dat dit onderzoek in Leiden plaatsvindt, laat Oosterkamp weten. Want om ervoor te zorgen dat het signaal niet verloren gaat als gevolg van willekeurige bewegingen van het naaldje, moet het experiment bij een temperatuur van één veertigste van een graad boven het absolute nulpunt (-273,15 graden Celsius) plaatsvinden. In Leiden is er een lange traditie en veel expertise als het gaat om onderzoek bij extreem lage temperaturen.
Membraaneiwitten liggen dwars
Wetenschappers doen al jaren hun uiterste best om de structuren van eiwitten te achterhalen, omdat de vorm direct gekoppeld is aan de functie van het enzym. Maar daar loopt men meteen ook tegen de grenzen van de huidige techniek aan. ‘Er zijn al machines die vol automatisch structuren kunnen bepalen, maar dat lukt niet bij alle eiwitten’, zegt Oosterkamp. ‘Vooral membraaneiwitten liggen dwars. Zij laten zich niet zo makkelijk kristalliseren voor röntgendiffractie-experimenten of concentreren voor kernspinresonatie-experimenten.’
Opluchting
‘Een paar jaar geleden was het nog maar de vraag of deze techniek zou gaan werken,’ zegt Oosterkamp, ‘maar nu hebben we een erg belangrijke stap gezet. En daar ben ik opgelucht en erg enthousiast over. We kunnen nog makkelijk tien jaar bezig zijn met het uitwerken en verfijnen van deze techniek.’
Tjerk Oosterkamp ontving in 2008 een Starting Grant van de European Research Council voor het onderzoek waar hij nu over publiceert.