Het Nobelcomité tijdens de bekendmaking op 4 oktober
Het Nobelcomité tijdens de bekendmaking op 4 oktober © AFP

Nobelprijs voor de scheikunde naar drietal wetenschappers voor microscopische fototechniek

Drie wetenschappers die een techniek ontwikkelden om gedetailleerde microscoopfoto's te maken van grote biologische moleculen zoals virussen en eiwitten, delen dit jaar de Nobelprijs voor de scheikunde. Nederland valt net buiten de prijzen: toen dezelfde techniek een paar maanden geleden werd geëerd met een andere prestigieuze prijs, stond op het erepodium naast twee van de huidige winnaars nog de Leidse emeritushoogleraar Marin van Heel.

Maar de grote prijs valt nu toe aan de Brit Richard Henderson (1945), de Amerikaan Joachim Frank (1940) en dus niet Van Heel, maar de Zwitser Jacques Dubochet (1942), zo maakte het Nobelcomité woensdag bekend. De techniek die ze ontwikkelden, maakt het mogelijk om ingewikkelde eiwitten en andere 'moleculaire machientjes' die rondgaan in de cel in detail te bestuderen.

Dat is cruciaal voor het begrip van het leven, maar ook voor de ontwikkeling van medicijnen, zegt hoogleraar nanobiologie Peter Peters van de Universiteit Maastricht, die de winnaars goed kent. 'In de cel zijn eiwitten de werkpaarden. En de meeste kankers en erfelijke ziekten worden veroorzaakt door een probleem met de 3D-structuur van zo'n eiwit. Vergelijk het met een vervormd gaspedaal, waardoor een auto opeens op hol slaat.'

Ontrafel die vorm en je weet waar medicijnen kunnen aanhaken, schetst in Leiden ook hoogleraar elektronenmicroscopie Bram Koster (LUMC). Neem alleen al de eiwitten die dienen als toegangspoortjes tot de cel, de zogeheten 'receptoren': 'Met cryo-elektronenmicroscopie kun je precies de vorm vinden van de sleutel waarmee een cel opengaat, zodat je een medicijn naar binnen kunt krijgen', zegt Koster.

Monikkenwerk

Lang leek het onmogelijk om zulke precieze plaatjes te maken. Een gewone elektronenmicroscoop vuurt immers een bundel elektronen af en werkt in een vacuüm: geen biologisch molecuul dat zo'n behandeling overleeft. Totdat Henderson er in 1975 na eindeloos monnikenwerk in slaagde het lichtgevoelige eiwit rhodopsine in kaart te brengen, onder meer door het vanaf verschillende kanten te beschieten met afgezwakte elektronenbundels.

In New York ging Frank intussen aan de slag met beeldanalyse: hij ontwikkelde een manier om grote hoeveelheden platte microscoopfoto's bij elkaar op te tellen tot een driedimensionaal beeld - Van Heel verrichtte intussen vergelijkbaar pionierswerk in Leiden. Maar het was Dubochet die de laatste klap gaf: de Zwitser slaagde er in de jaren tachtig in om biomoleculen in actie stil te zetten, door ze in water te vangen en ze razendsnel te bevriezen. Een aanpak die niet alleen laat zien hoe een molecuul in elkaar zit, maar ook hoe het beweegt. In 1984 mondde dat uit in 'swerelds eerste min of meer gedetailleerde microscoopfoto's van virusdeeltjes.

Opmerkelijk genoeg werpt de techniek pas de laatste jaren echt vrucht af, dankzij de komst van krachtigere computers en kleinere, digitale detectoren. Twee jaar geleden werd 'cryo-elektronenmicroscopie' nog door vakblad Nature Methods uitgeroepen tot methode van het jaar.

Bobbelige plaatjes

Er zijn haast dagelijks zoveel innovaties en ontwikkelingen, dat ik veronderstelde dat ik geen kans zou maken

Joachim Frank

En het aantal met de techniek gemaakte, zeer gedetailleerde eiwit-plaatjes schiet omhoog: van amper tien in 2012 tot tegen de tweehonderd in 2015. 'Er is een enorme revolutie gaande', zegt Peters. 'We wisten dat de Nobelprijs eraan kwam, het kon haast niet anders.'

'Destijds moest je tientallen jaren ploeteren om sowieso iets van een plaatje te krijgen', zegt Roman Koning van het Leids Universitair Medisch Centrum. Dat waren de tijden waarin men het vakgebied wel uitmaakte voor 'blobologie', vanwege de nog rudimentaire, bobbelige plaatjes die de microscopen afscheidden. 'Maar tegenwoordig kan een goed uitgerust laboratorium het in redelijk korte tijd, en tot op bijna atoomniveau gedetailleerd.'