Nieuwe grenzen aan de biogeneeskunde

De studie van het menselijk genoom mag dan al revolutionair zijn, eigenlijk is ze al achterhaald. 2003 wordt het jaar van de ‘proteomics’, de studie van de proteïnen.

STEEDS MINDER ZIEK 107 DE DIGITALE PLETWALS 110 FRANCIS FUKUYAMA: DE ONZEKERHEID VAN DE VOORUITGANG 111

Iets meer dan twee jaar geleden stonden presidenten en Nobelprijswinnaars samen op het podium om de meest gedenkwaardige gebeurtenis in de geschiedenis van de moderne biologie te huldigen. Dankzij een enorme internationale inspanning werden – vroeger dan voorzien – de 3,1 miljard letters van het menselijk genoom gerangschikt. “De wonderbaarlijkste landkaart die de mensheid ooit heeft voortgebracht,” zo beschreef de toenmalige Amerikaanse president Bill Clinton het.

Nu die gebeurtenis nog zo vers in het geheugen ligt, kan het verwonderlijk lijken dat een nog grotere revolutie in de biologie nu al gereed staat om de vooruitgang die op het vlak van de genenleer geboekt werd bij elkaar te vegen en op te trekken naar nog iets veel grootser. Het ziet er immers naar uit dat 2003 het jaar wordt waarin het gebied van de proteomics – proteïnen identificeren en begrijpen wat proteïnen in cellen uitrichten – de pioniersrol van de biogeneeskunde overneemt van de genenstudie.

Doeltreffende nieuwe medicijnen

Er bestaat een simpele aanleiding voor die omschakeling. Genen zijn gewoon instructies om proteïnen aan te maken. Zoals intussen iedereen weet, wordt het genetisch materiaal of DNA gevormd door een lange reeks instructies geschreven in een chemische code. Die instructies zijn onderverdeeld in secties, genen genaamd. De letterreeks in elk gen komt overeen met een streng aminozuren waaruit uiteindelijk de proteïnen bestaan. Het zijn de proteïnen die het werk doen in alle cellen van het lichaam, die met andere cellen communiceren, die de cel bijeenhouden en nog veel meer.

Bijna alle geneesmiddelen werken in op proteïnen en niet op genen. Vandaar dat een goed begrip van proteïnen zo belangrijk is voor de ontwikkeling van echt doeltreffende nieuwe medicijnen. Evenzo komen de eerste tekenen van een aandoening tot uiting als veranderingen in het proteïnecomplement van het lichaam, wat ze meteen tot een van de meest gevoelige indicatoren voor diagnose maakt. Het is voor de biogeneeskunde van fundamenteel belang om inzicht te krijgen in proteïnen, ook al is dat ontzaglijk moeilijker dan genen begrijpen.

Waarom? Omdat er veel meer proteïnen dan genen zijn en omdat proteïnen, eens ze aangemaakt werden, op allerlei manieren kunnen gewijzigd worden. Er zijn wellicht maar 35.000 menselijke genen, maar er zijn waarschijnlijk meer dan een miljoen proteïnen. Die vervullen allemaal een verschillende functie en komen op verschillende tijdstippen in actie, afhankelijk van wat de cel aan het doen is. Verschillende celtypes hebben ook zeer verschillende soorten proteïnen – een levercel heeft een andere taak te vervullen dan een bloedcel en beschikt dan ook over de overeenkomstige proteïnen. Bovendien werken proteïnen meestal in wisselwerking met andere proteïnen, wat het hele systeem aanzienlijk ingewikkelder maakt.

Een eenvoudig voorbeeld ter vergelijking: een lijst van menselijke genen is eigenlijk net hetzelfde als een lijst van de inwoners van een kleine stad – een kieslijst van 35.000 mensen, zeg maar. We kunnen daaruit de namen afleiden van de mensen die er wonen, maar dan weten we nog niet wat ze doen, hoe ze met elkaar communiceren, hoe de stad bestuurd wordt of hoe hun stadshuishouding functioneert. Ook komen we op die wijze niet te weten wie de boeven in de stad zijn – het equivalent van de slecht werkende proteïnen die moeten aangepakt worden om een ziekte tegen te houden. Daarom moet de biomedische wetenschap er werk van maken om de complexe en dynamisch interactieve wereld van de proteïnen te begrijpen.

Waarom mogen we ons vanaf 2003 aan een grote vooruitgang verwachten? Het antwoord moet gezocht worden bij de technologie. De identificatie van proteïnen en het in kaart brengen van wat ze doen wordt versneld en verfijnd, niet in een enkele doorbraak, maar met een reeks van opeenvolgende vorderingen. De nieuwe methodes zijn gevatter en de gegevens die ze opleveren toegankelijker. Dat is van cruciaal belang, want zodra u weet wat sommige proteïnen uitvoeren, kunt u ook veronderstellen dat soortgelijke proteïnen taken uitvoeren die daarmee in verband staan en zo sneller hun exacte functie bepalen.

Wellicht een van de opwindendste ontwikkelingen schuilt in de mogelijkheden die geboden worden door chips die een microlaag dragen van speciale moleculen die zich verbinden met specifieke proteïnen. Elke chip kan tegelijk de activiteit van minuscule hoeveelheden verschillende proteïnen opsporen, zodat het mogelijk wordt om de activiteit na te gaan van stelsels van interactieve proteïnen. Maar ook oudere technieken worden geautomatiseerd zodat ze sneller en nauwkeuriger werken.

Neem bijvoorbeeld gel-elektroforese en massaspectrografie, de standaardmethodes om proteïnen te identificeren. Een mengsel van proteïnen kan gesorteerd worden door ze op een laag polyacrylamidegel te leggen en er een elektrische stroom door te sturen om ze langzaam over het vel heen te trekken. Omdat verschillende proteïnen ook verschillende formaten en elektrische ladingen hebben, zullen sommige sneller voortglijden dan andere en zal het mengsel zich scheiden. Zodra ze gescheiden zijn, kunnen ze door enzymen in fragmenten versneden worden en ingebracht in een massaspectrograaf die ze door een vacuüm schiet zodat kan gemeten worden hoe snel ze gaan. Die snelheid hangt af van het gewicht van de fragmenten en dat verraadt op zijn beurt weer uit welke aminozuren ze zijn samengesteld. Al die stappen, van het scheiden van de proteïnen tot de uiteindelijke berekening van hoe ze samengesteld zijn, kan tegenwoordig snel gebeuren door gebruik te maken van robots die verbonden zijn met computerdatabases.

Kaart van miljoenen proteïnen

Dat de proteomics-wetenschap in opmars is, blijkt eveneens uit de toenemende wereldwijde samenwerking. Verscheidene samenwerkingsverbanden worden georganiseerd door de Human Proteomics Organisation (Hupo), de tegenhanger van de oude Human Genome Organisation (Hugo). Eind 2002 hield ze in Versailles haar eerste wereldbijeenkomst, die bijgewoond werd door meer dan duizend wetenschappers. Hupo houdt zich bezig met de opstelling van gemeenschappelijke normen voor projecten, zodat wetenschapslui op grote schaal kunnen samenwerken.

Zo is er bijvoorbeeld een leverproteoomproject, waarvan Aziatische landen waarschijnlijk de leiding zullen nemen, onder meer omdat daar hepatitisgebonden leveraandoeningen erg veel voorkomen. Er staat ook een proteoomproject voor bloedplasma op stapel dat door de voorzitter van Hupo, Samir Hanash van de universiteit van Michigan, omschreven wordt als “de basis voor het definitieve diagnose-instrument”. Bloed circuleert overal en een volledige lijst van alle proteïnen in plasma zal aanwijzingen opleveren over de gezondheidstoestand van organen in heel het lichaam.

2003 zal slechts de aanvang vormen van de ontwikkeling van de proteomics. Ooit zullen we wellicht een volledige kaart hebben van wat die miljoenen proteïnen in ons lichaam uitrichten. Het plasmaproteoomproject toont echter aan dat er zelfs al resultaten zullen zijn in het stadium van de catalogisering van de proteïnen. Afgaand op de onverwachte technologische sprongen die in de fel bestreden wedren naar het menselijk genoom gemaakt werden, zouden die resultaten wel eens sneller kunnen komen dan we denken.

Alun Anderson [{ssquf}]

De auteur is redacteur van New Scientist.

(2003)

Na de toelating van de Amerikaanse Food and Drug Administration belandt de eerste melk van gekloonde koeien in de winkelrekken.

(2003)

Klimaatveranderingen zullen ook nu weer een hele reeks natuurrampen veroorzaken.