TU/e-onderzoeker prof.dr.ir. Paul van der Schoot was verantwoordelijk voor de theoretische basis. Hij kreeg met het onderzoeksresultaat ook de bevestiging dat hij een dertig jaar oud vraagstuk heeft opgelost. Het werk is gisteren gepubliceerd in Nature Nanotechnology.
Nieuwere typen medicijnen bestaan uit grote biomoleculen, zoals DNA en RNA. Het afleveren ervan in zieke cellen is lastig. DNA bijvoorbeeld kan van nature geen cellen binnendringen, en wordt snel afgebroken. Daarom worden tot nu toe natuurlijke virussen die ongevaarlijk gemaakt zijn, gebruikt voor de afgifte. Virussen kunnen wel efficiënt binnendringen in cellen. Maar het proces van het ongevaarlijk maken van natuurlijke virussen is nog niet vlekkeloos. Daarom zoekt de wetenschap naar alternatieven.
Dertig jaar
Het startpunt voor het onderzoek dat gisteren in Nature Nanotechnology verscheen, is een theoretisch model dat beschrijft hoe het tabaksmozaïekvirus ontstaat. Paul van der Schoot (fac. Technische Natuurkunde) ontwikkelde dit model onlangs, in samenwerking met dr. Daniela Kraft van de Universiteit Leiden. Van der Schoot gebruikte meetgegevens van de vorming van dit virus die al dertig jaar lagen te wachten op een verklaring.
Doorknippen
Een virus bestaat altijd uit erfelijk materiaal (DNA of RNA), geheel omhuld met een laagje eiwitten. De eiwitten zorgen ervoor dat het virus cellen binnen kan komen. Onbedekte stukken zijn fataal, want dan kunnen enzymen het erfelijk materiaal doorknippen en werkt het niet meer. In zijn model voegde Van der Schoot een cruciaal element toe aan de bestaande inzichten van hoe het RNA van het tabaksmozaïekvirus een laag eiwitten om zich heen verzamelt.
Bewijs
Dat cruciale element heet allosterie, wat ervoor zorgt dat de eiwitten elkaar helpen om te hechten aan het RNA. “Het eerste eiwit heeft het moeilijk om te binden”, legt de Eindhovense onderzoeker uit. “Maar het eerste helpt het tweede, en het tweede helpt het derde, enzovoorts.” Met dat theoretische inzicht schreef Van der Schoot samen met de Wageningse onderzoeker Renko de Vries een onderzoeksvoorstel om een DNA-achtig molecuul in te pakken. Ze ontwikkelden hiervoor nieuwe ‘inpakeiwitten’, op basis van de theorie. Het feit dat dit het gewenste resultaat opleverde, is belangrijk voor onder meer medicijnen om genetische defecten te corrigeren. Het is tevens het bewijs dat Van der Schoots theoretische model klopt. TU/e-promovendus Saber Naderi promoveerde eerder dit jaar op dit werk.
Nanometers
Daarnaast was er nog een Eindhovense component in het onderzoek: TU/e-onderzoeker Nico Sommerdijk bracht het inpakproces in beeld. Dat speelt zich af op een niveau van nanometers, en vereiste daarom de inzet van de cryo-TEM microscoop van de TU/e.
Gistcellen
De eiwitten die de onderzoekers bouwden zijn geïnspireerd op natuurlijke eiwitten als zijde en collageen; eiwitblokken van simpele opbouw. Voor de ‘productie’ van de eiwitten gebruikten ze de natuurlijke machinerie van gistcellen. Als de kunstmatige viruseiwitten worden gemengd met DNA vormt zich spontaan een sterk beschermend eiwitlaagje om elk DNA molecuul, zodat 'kunstmatig virussen' ontstaan.
De grote precisie waarmee de eiwitten DNA-moleculen inpakken, biedt vele mogelijkheden om nu ook andere trucjes van virussen in te gaan bouwen, verwachten de onderzoekers. Die kunnen in de toekomst leiden tot veilige en effectieve toedieningsvormen voor nieuwe generaties medicijnen, met name in de gentherapie. Bovendien kunnen deze kunstmatige virussen in de toekomst ook verder ontwikkeld worden voor de vele andere toepassingen waarvoor virussen nu al gebruikt in de bio- en nanotechnologie.