Was dit het resultaat waar jullie naar op zoek waren?
Svetlana Bahatyrova (SB): `De organisatie van eiwitten in de fotosynthese was het onderzoeksdoel toen ik drie jaar geleden bij biofyische techniek begon. In Minsk heb ik biofysica gestudeerd maar mijn onderzoek ging over een heel ander onderwerp. Ik heb me helemaal in dit onderwerp verdiept.
`De eerste metingen waren niet aan celmembranen, dat is later gekomen. Eerst heb ik metingen verricht aan tweedimensionale gekristalliseerde fotosynthetische eiwitten: LH1 en LH2. LH staat voor Light Harvesting, dus: licht oogsten. In die periode heb ik mijn vaardigheden ontwikkeld om met de Atomic Force Microscoop hoge resolutie metingen te doen. Daardoor kon ik later, in de echte membranen, de verschillende eiwitcomplexen herkennen waarvan LH1 en LH2 erg belangrijk zijn.'
Waarom is het zo lastig om rechtstreeks de celmembranen zelf te meten?
SB: `In het wild, om het zo maar te zeggen, zijn de gerijpte bacteriële membranen sterk gekromd. De membranen zijn zo bol dat je nooit de resolutie van ongeveer een nanometer kunt krijgen die je graag wilt bereiken.'
Cees Otto (CO): `Via onze samenwerkingspartners, biofysici van de VU in Amsterdam, kwamen we in contact met fotosynthese-experts van de universiteit van Sheffield in Engeland. Zij hebben een methode ontwikkeld om de celmembranen plat te maken. Dat is een heel gevoelig proces want de samenstelling van het membraan moet intact blijven. Het duurde best lang voordat de fysici en de biologen elkaar goed begrepen.'
En toen was er ineens het verrassende resultaat ... ?
SB: `Ja, eigenlijk wel. Dat was op 11 maart. Ik heb iedereen erbij geroepen, zo verbaasd was ik. Ineens was het heel erg druk om mijn pc. De hele gang wilde meteen de beelden zien. Ik zag heel duidelijk een rij van zes LH1-moleculen op een rij liggen. Die dag heb ik doorgewerkt en zoveel mogelijk beelden verzameld om zeker te zijn dat het geen toevalstreffer was.'
CO: `De beelden waren heel scherp ... ze schreeuwden je als het ware toe. De compositie van moleculen was overduidelijk te zien. De redacteuren van Nature hebben ons gevraagd om meerdere opnamen te sturen. Ook zij wilden zeker weten dat het niet om een toevalstreffer ging.'
Wat je zag was eigenlijk niet wat je verwachtte te zien, heb ik begrepen.
SB: `Het bleek dat de LH1 moleculen, met in het centrum het eiwit voor de ladingsscheiding, als rijtjes van paren (dimeren) georganiseerd waren. Dat was niet als een monomeer omringd door LH2 eiwitten, zoals voorspeld. Tevens vonden we dat er verschillende membraangebieden waren, maar ook gebieden met nagenoeg alleen LH2-eiwitten. Het is mogelijk dat de LH2-domeinen de sterke kromming van het membraan veroorzaken. De theorie tot dan toe beschreef een veel chaotischer beeld. Het is heel mooi om te zien dat het systeem op een hoog niveau georganiseerd is.'
Behalve de biologische kant van de zaak ... zijn er ook wat de fysica betreft conclusies uit dit onderzoek te trekken?
SB: `Met de Atomic Force Microscoop kunnen we in natte omgevingen tot grote resoluties komen. Dit principe werkt door een dunne naald op en neer te bewegen over het te meten natte oppervlak. Het meetprincipe lijkt de aangewezen methode om in dit onderzoeksveld tot nauwkeurige resultaten te komen. Dit onderzoeksveld is van groot belang, zoals voor het begrijpen van cel-cel interacties en de medicijnopname van cellen. Dat verloopt allemaal via de membranen van cellen.'
CO: `Onze microscoop is trouwens geen commercieel verkrijgbare AFM maar is hier op de UT ontwikkeld, vanaf begin jaren negentig door ing. Kees van der Werf en prof. dr. Bart de Grooth in de groep van prof. J. Greve. Met deze technologie kunnen we ons meten met de besten in de wereld.'
Wat zijn je toekomstplannen?
SB: `We zijn bezig een fellowship aan te vragen bij de Europese Unie. Ik zou graag meer leren over het prepareren van de monsters. Dan kan ik andere eiwitcomplexen en proteïnes die bij fotosynthese betrokken zijn bestuderen. Misschien is het onderzoek uit te breiden met elektronenmicroscopie. Maar eerst moet ik mijn proefschrift schrijven dat ik in maart volgend jaar ga verdedigen.'
CO: `Er zijn een heleboel interessante onderzoeksvragen. De organisatie van de eiwitcomplexen lijkt behoorlijk rigide. Misschien kunnen we daarin rondkijken terwijl we zelf kleine dingen veranderen. Ook is nog een vraag hoe de proteïnes het membraan binnendringen. Daarvoor zijn al veel mechanismen bedacht, en zelf hebben we daar ook wilde ideeën over. Maar hoe het precies gebeurt, weet niemand. Door sequenties van beelden te bestuderen, kunnen we daar in de toekomst wellicht meer over zeggen.'
Egbert van Hattem
Swetlana Bahatyrova: …misschien is het onderzoek uit te breiden met elektronenmicroscopie…
