黑料福利网

Met steun van een prestigieuze NWO Vici-beurs in 2024 en een recente ERC Proof of Concept-subsidie, onderzoekt Voets hoe ijs cellen, weefsels en organen beschadigt 茅n hoe die schade kan worden voorkomen. Door biologische systemen zoals cellen of organen in te vriezen, wordt het metabolisme stilgelegd, wat het mogelijk maakt om ze onbeperkt te bewaren.

Maar in de praktijk sterft het biologische materiaal vaak af of verliest het zijn oorspronkelijke functie zodra het weer ontdooit. IJskristallen zijn een belangrijke oorzaak van zulke zogeheten cryobeschadigingen. Deze kristallen breken cellen, waardoor ze vloeistoffen gaan lekken. Dit is ook de reden waarom rood fruit papperig wordt bij het ontdooien, zoals Voets uitlegt in een recente aflevering van het tv-programma .

Inspiratie door Arctische vissen

De natuur biedt echter waardevolle inspiratie voor een oplossing: diersoorten die net onder het ijs in bevroren meren leven, zoals Arctische vissen. In de koude wateren van Antarctica, bedekt met ijsschotsen, daalt het kwik tot een paar graden onder nul. Het zout in zeewater verlaagt het vriespunt tot -1,9 掳C.

Hoewel het bloed van de ijsvissen die hier leven half zo zout is als het omringende zeewater, bevriezen ze niet. Dat wekte de nieuwsgierigheid van wetenschappers en leidde tot de ontdekking van kleine ijsbindende eiwitten, ook wel antivriesprote茂nen genoemd, die het hele jaar door in het bloed van ijsvissen aanwezig zijn.

Landschap van heuvels en valleien op  nanoschaal

De meeste materialen hechten zich niet aan ijs, maar antivriesprote茂nen doen dat juist wel. Ze zetten zich vast op het oppervlak van een ijskristal en blijven daar zitten. Op die bezette plekken kunnen watermoleculen zich niet meer hechten. Het ijs groeit daardoor alleen nog in de ruimtes tussen de gebonden prote茂nen. Zo ontstaat een ijs-watergrensvlak dat op nanoschaal niet langer vlak is, maar gekromd, als een landschap met kleine heuvels en valleien. Omdat zo鈥檔 gekromd oppervlak energetisch ongunstig is, wordt de verdere groei van ijs sterk afgeremd. In wordt het proces nauwkeuriger uitgelegd.

Deze eiwitten zijn enorm effectief; zelfs de kleinste hoeveelheden kunnen ijskristallen klein houden en ervoor zorgen dat het bloed van ijsvissen blijft stromen. IJsbindende eiwitten zijn al ontdekt in tal van planten- en diersoorten, waaronder vissen en roggen, maar ook in insecten, bacteri毛n, microalgen en vlooien. Ze gebruiken ijsbindende eiwitten op heel verschillende manieren om te overleven, en het doel van Voets is om precies te begrijpen hoe dit werkt. 

Bacteri毛n aan het werk zetten

鈥淚n het chemisch-biologisch laboratorium van de 黑料福利网 zetten we bacteri毛n aan het werk om ijsbindende eiwitten voor ons te produceren. We isoleren ze dus niet uit ijsvissen voor ons onderzoek. Dat is niet alleen goed voor de ijsvissen, maar ook nuttig voor ons, omdat we zo heel nauwkeurig met de eiwitstructuur kunnen spelen om te onderzoeken welke delen essentieel zijn voor de werking van de eiwitten.鈥�

Samen met collega's van Wageningen University & Research en Washington University hebben ze met behulp van kunstmatige intelligentie eiwitten ontworpen die nog niet bestonden, maar wel de gewenste eigenschappen hebben. Met behulp van E. colibacteri毛n produceren ze deze kunstmatige eiwitten in het laboratorium. Voets en haar 黑料福利网-collega's onderzoeken vervolgens hoe de eiwitten onder verschillende omstandigheden reageren op ijskristallen.

Nieuwe familie van kunstmatig ontworpen eiwitten

In een recent presenteert het gezamenlijke team een geheel nieuwe familie van kunstmatig ontworpen eiwitten die stabieler, actiever en veelzijdiger zijn dan de ijsbindende eiwitten die in de natuur voorkomen, legt Voets uit.:

鈥淣atuurlijk voorkomende ijsbindende eiwitten worden over het algemeen alleen in koude omgevingen aangetroffen. Sommige verliezen al bij kamertemperatuur hun karakteristieke vouwing en daarmee hun vermogen om ijs te binden. De nieuwe eiwitten die wij hebben ontwikkeld, blijven stabiel in een veel breder temperatuurbereik.鈥�

Dat is erg nuttig voor praktische toepassingen, benadrukt Voets. 鈥淪tel dat je dergelijke eiwitten aan menselijke donororganen zou willen toevoegen om ze in te vriezen voor opslag. Het feit dat ze niet op lage temperaturen hoeven te worden bewaard om functioneel te blijven, maakt de hantering een stuk eenvoudiger, omdat je geen speciale koelapparatuur of expertise nodig hebt.鈥�

Samenkomende ontwikkelingen

Volgens Voets was deze belangrijke doorbraak niet alleen te danken aan hard werken en vastberadenheid, maar ook aan het juiste momentum. 鈥淰erschillende ontwikkelingen op het gebied van eiwitontwerp, biofysica, cryobiologie en onderzoek naar zachte materie komen nu samen鈥�, zegt ze. 鈥淓r is  een enorme doorbraak in computationele methoden voor het cre毛ren/ontwerpen van deze eiwitten. Tegelijkertijd zijn 鈥榮 werelds krachtigste supergeresolveerde fluorescentiemicroscopen beschikbaar voor ons bij de ICMS , waarmee we voor het eerst individuele eiwitten op ijs kunnen volgen. Daarbovenop zijn er interdisciplinaire samenwerkingen met biomedische ingenieurs van het Institute for Complex Molecular Systems, cardiologen van het Universitair Medisch Centrum Utrecht en transplantatiechirurgen van het Universitair Medisch Centrum Groningen.鈥�

Volgende stap naar maatschappelijke impact

Een van de 黑料福利网-onderzoekers die aan dit project meewerkte, is postdoc Tim Hogervorst van de Self-Organizing Soft Matter-groep. Hij ontdekte dat de essenti毛le eigenschappen van deze eiwitten ook kunnen worden overgedragen naar op polymeren gebaseerde materialen, waardoor een schaalbare, kosteneffici毛nte productie mogelijk wordt.

In samenwerking met zetten Voets en Hogervorst nu de volgende stap naar maatschappelijke impact door te onderzoeken hoe deze ontdekking kan worden omgezet in een praktisch, realistisch product.

De Proof of Concept-subsidie van 鈧� 150.000 die Voets onlangs van de heeft ontvangen, zal haar zeker helpen dat doel te bereiken. En zou de weg moeten vrijmaken voor het praktische gebruik van haar nieuwe antivriesmaterialen, een cruciale stap  richting het uiteindelijk doel: hoogwaardige conservering van weefsels en organen.