| Wat is de achtergrond van uw onderzoek? |
|
'Fotosynthese is het omzetten van lichtenergie in bruikbare energie door eiwitten. Het vindt plaats in het membraan van bepaalde cellen. Een membraan is, zeg maar, het vlies onder de huid van de cel. Tot nu toe dachten we dat zo'n membraan bestaat uit een zee van vetzuren waarin gespecialiseerde complexen van eiwitten losjes ronddrijven. We namen aan dat de vijf verschillende eiwitcomplexen die bij het proces betrokken zijn, bij elkaar in de buurt moesten zitten, want ze moeten immers die energie aan elkaar doorgeven. Samen met een aantal collega's heb ik aangetoond dat het anders in elkaar zit.
Het membraan bestaat uit een dichte en regelmatige pakking van fotosynthese-eiwitten met daartussen als opvulling wat vetzuren. Ook de rangschikking van de fotosynthese-eiwitten is anders. Elk eiwittype heeft zijn eigen gebied. Deze resultaten plaatsen een groot vraagteken bij de algemene geldigheid van het al meer dan dertig jaar oude model van biologische membranen als een dynamisch en wanordelijk geheel van verschillende eiwitten, het zogeheten fluid mosaic model.' |
| |
| Hoe verricht u dit onderzoek? |
| 'Ik knip het membraan van een cel open, leg het vast op een oppervlak en bekijk het vervolgens met de Atomic Force Microscope (AFM). De AFM geeft een beeld op moleculair niveau. We kunnen voor het eerst details ter grootte van een miljardste meter, de dimensie van een molecuul, waarnemen in zacht, biologisch materiaal. De naald van de microscoop is het best te vergelijken met de naald van een grammofoon. Die tast de groef van de plaat af en vertaalt dat naar geluid; de AFM-naald vertaalt de hoogteverschillen naar een afbeelding. De techniek leent zich vooral goed voor harde, kristalvormige structuren, maar nu is het ons gelukt om met de AFM-naald ook biologische oppervlakken te bestuderen.' |
Opengeknipte membranen op een vlakke ondergrond laten rijtjes zien van verschillende eiwitcomplexen (zie de pijlen en cirkels). Er wordt steeds meer ingezoomd van links naar rechts. De witte streep boven geeft een lengte van 100 nanometer (een tiende micrometer; 0,0001 mm) aan. Paneel C toont tevens een model van de organisatie naar aanleiding van het werkelijke plaatje. In drie dimensies blijkt dit de algemene organisatie van het fotosynthetische membraan te zijn. |
| |
| Wat is het nut van uw onderzoek? |
|
'In de eerste plaats draagt het zichtbaar maken van dit soort biologische componenten sterk bij aan ons begrip van levensprocessen. Hierdoor gaan we dit soort processen beter begrijpen en het levert op farmaceutisch en medisch gebied aanknopingspunten voor het ontwikkelen van medicijnen en therapieën. Membraaneiwitten zijn hiervoor erg belangrijk, want die zijn betrokken bij veel toepassingen van medicijnen.
Ten tweede krijgen we door dit soort onderzoek inzicht op het gebied van ordening in de natuur. Het is veelbetekenend dat de eiwitten op een membraan volgens een vaste en strikte structuur zijn geordend. Natuurkundigen gaan er eigenlijk altijd vanuit dat moleculen naar chaos streven. Eiwitten zijn grote moleculen, maar die lijken zich daar niets van aan te trekken. Op dat punt heb ik zelfs vanuit zeer onverwachte hoek bijval gekregen. Laatst zag ik op de website van een organisatie van Christelijke creationisten, die zich "Reasons to Believe" noemt, een recensie van mijn onderzoek. Juist in die geordendheid zien zij de hand van een 'Planner'. Ik weet overigens niet of ik daar wel zo blij mee moet zijn. Binnenkort verschijnt er een publicatie van mij en mijn medewerkers die juist laat zien dat de eiwitten zich spontaan ordenen, juist doordat de chaos dan maximaal toeneemt! Dat is dus geen kwestie van 'Intelligent Design', maar een fundamentele natuurwet. Of die recensie van mijn werk dan van die website wordt gehaald is natuurlijk maar de vraag.
Verder levert het inzicht in fotosynthetische processen ons veel informatie over de biobatterij. Bij de overdracht van lichtenergie gaat in de cel nauwelijks energie verloren. Ook daarvan kunnen we heel veel leren voor technische toepassingen. Het is niet ondenkbaar dat in de toekomst deze biologische componenten bijvoorbeeld in een biosynthetisch zonnepaneel worden ingebouwd. In zo'n paneel zouden eiwitten kunnen zorgen voor een efficiënte omzetting en verdeling van energie, waardoor we weer een veel grotere efficiëntie kunnen bereiken dan nu mogelijk is.' |
| |
| Wat is vernieuwend aan uw onderzoek? |
| 'Het meest vernieuwende aan mijn onderzoek is dat ik niet alleen een tweedimensionale weergave maak van de membraanstructuur, maar met behulp van licht-spectroscopische metingen ook een driedimensionale representatie. In een tweedimensionale weergave van een driedimensionale structuur is sprake van vertekening, waardoor vaak geen goed beeld verkregen wordt van de daadwerkelijke situatie. Denk maar aan de weergave van de wereldbol op een platte kaart. Naar de randen toe vertekent het beeld steeds meer, terwijl je als je een globe bekijkt meteen een duidelijk beeld van de verhoudingen krijgt.' |
| |
| Hoe bent u in Leiden terechtgekomen? |
| 'Ik heb in Amsterdam aan de UvA natuurkunde gestudeerd. In 2002 ben ik aan de VU gepromoveerd en daarna heb ik in samenwerking met collega's van de TU Twente en de Universiteit van Sheffield onderzoek gedaan dat heeft geresulteerd in een artikel in Nature. En nu ben ik dan naar Leiden gekomen, omdat hier het beste van twee werelden wordt verenigd. In Leiden is veel expertise op het gebied van lichtspectroscopie en microscopie en het is beroemd om zijn onderzoek naar fotosynthese.' |
