‛Nee, we zouden nooit zeggen dat we nu weten how ticks stick’, bevestigt de Wageningse onderzoeker Siddharth Deshpande. ‛Dat is hooguit wat ze er bij SpringerNature van maakten’. Wat hij en zijn Maastrichtse collega Ingrid Dijkgraaf echter wél in Nature Chemistry publiceerden, is een onderzoek dat aantoont dat minstens één veel voorkomend eiwit in tekenspeeksel zich kan verdelen over twee vloeistoffasen. De meest geconcentreerde fase kan dan uitharden tot een gel. Deshpande geeft meteen toe dat het nog niet bewijst dat dit het mechanisme is dat een teek dagenlang kan laten plakken — maar het kan haast niet anders. 

Evolutionair moet dat mechanisme wel uitgekookt zijn. Teken gebruiken hun monddelen om zich vast te bijten in een gastheer, maar meteen daarna vormt het speeksel een ‛cementkegel’ die de koppeling overneemt zodat het beestje in alle rust bloed kan zuigen. Daartoe bevat dat speeksel duizenden verschillende eiwitten die ongetwijfeld allemaal een bestaansreden hebben. Maar welke? 

Coacervaten 

Deshpande raakte er bij toeval in geïnteresseerd. Sinds 2019 leidt hij in Wageningen het EmBioSys Lab, een groep die zich vooral richt op de inwendige organisatie van cytoplasma in levende cellen. Daarbij spelen coacervaten een rol, colloïdale druppeltjes die dezelfde moleculen bevatten als de omringende vloeistof maar in een veel hogere concentratie. Deze vorm van vloeistof-vloeistoffasenscheiding is onder meer bekend van intrinsiek ongeordende eiwitten (IDP’s) die zichzelf niet stabiel kunnen vouwen.  

‛GRP’s vormen de belangrijkste component van tekenspeeksel, ze vormen coacervaten en die harden uit’

Siddarth Deshpande

Toen Deshpande een publicatie tegenkwam over de aanwezigheid van glycinerijke eiwitten (GRP’s) in tekenspeeksel, herkende hij in de aminozuursequenties direct een mogelijke familie van IDP’s. De kans leek groot dat ze coacervaten zouden vormen, en dat proces zou wel eens de start van de cementkegel kunnen zijn — bij andere diersoorten, zoals mosselen, is al eerder iets dergelijks vastgesteld. 

Om die hypothese te toetsen ging Deshpande op zoek naar biochemische teken-experts. Daarvan zijn er in Nederland niet zo veel en hij kwam haast vanzelf terecht bij Ingrid Dijkgraaf, hoogleraar biomimetische chemie in Maastricht, die al sinds 2011 met deze beestjes werkt. Haar insteek is totaal anders: ‛We willen instabiele plaques in menselijke bloedvaten zichtbaar maken, voordat ze kunnen leiden tot hart- of herseninfarcten. Dat kan bijvoorbeeld via chemokines, een soort cytokine-signaaleiwitten die rond ontstekingen tot expressie komen en witte bloedcellen lokken. Een collega liet me een net verschenen publicatie zien, waaruit bleek dat teken in hun speeksel eiwitten hebben die aan chemokines binden. Die tekeneiwitten komen niet in mensen voor, en we dachten dat we ze misschien konden gebruiken als label. Zo zijn we het hele tekenonderzoek begonnen.’ 

Inmiddels heeft ze het breder getrokken. Door chemokines te binden, neutraliseer je ze en kun je ontstekingen misschien ook remmen. ‛En teken hebben ook eiwitten die bloedplaatjes en de hele bloedstolling plat leggen. Voor trombosepatiënten zou dat fantastisch kunnen zijn.’  

Synthese-uitdaging 

Eiwitten synthetisch namaken is een belangrijk deel van het onderzoek, vertelt Dijkgraaf: ‛Je kunt eiwitten isoleren uit het cement van een teek die zich heeft gevoed met een konijn of een muis, maar dat cement is altijd gecontamineerd met cellen van de gastheer.’ En zo kon het gebeuren dat ze, op het moment dat Deshpande bij haar aanklopte, net een masterstudente had gezet op de synthese van een min of meer willekeurig gekozen GRP-eiwit. ‛Ze wilde graag stagelopen bij mij. Ik had eigenlijk geen plek meer maar ik zei: als je dit kunt maken, dan zou dat mooi zijn. Van tevoren was duidelijk dat het lastig zou worden. Je weet het nooit met eiwitten maar met zo veel identieke aminozuren in de keten, zeker glycines, is de kans op mislukking erg groot. Ze was heel erg gemotiveerd dus ze heeft het toch geprobeerd, en uiteindelijk lukte het.’ 

Het leverde Deshpande bijna een halve milligram GRP op, genoeg om ruim een jaar experimenten mee te doen. Zijn groep wist er onder meer de reeds verwachte coacervatie mee aan te tonen door de eiwitten fluorescent te labelen en het proces te filmen. Verdamping van de verdunde vloeistoffase liet inderdaad zien dat de coacervaten een gel vormden met een zekere kleefkracht. Twee groepsleden gingen op de Veluwe op tekenjacht, ontdeden de gevangen diertjes van hun speekselklieren en vonden in dat speeksel óók eiwitrijke druppeltjes. In een later stadium werd EnzyTag uit het Limburgse Nuth er bijgehaald, een in eiwitsynthese gespecialiseerde start-up waar Dijkgraaf goede contacten mee heeft, en konden inleidende proeven worden gedaan met iets afwijkende GRP-eiwitten om een idee te krijgen van de invloed van details in de sequentie. 

‛Ook fascinerend is dat het speeksel in het dier zelf gewoon vloeibaar is, en pas hard en stevig wordt zodra het eruit komt’

Ingrid Dijkgraaf

Loskoppelen 

Deshpande is er behoorlijk zeker van dat hij op het goede spoor zit. ‛GRP’s vormen de belangrijkste component van tekenspeeksel, ze vormen coacervaten en die harden uit.’ Maar hoe dat uitharden precies verloopt en waarom de kleefkracht zo groot is, blijft nog onduidelijk. Mogelijk vormen de GRP-eiwitten crosslinks of treden andere structuurwijzigingen op. Een vervolgpublicatie over de invloed van de pH is onderweg. 

Dijkgraaf oppert dat het zou kunnen gaan om disulfidebruggen tussen twee cysteïnebouwstenen. Het nu bestudeerde eiwit bevat maar één cysteïne, maar dat hoeft niet op te gaan voor alle GRP’s. Ze is heel benieuwd wat er gebeurt als je niet een, maar meerdere van de duizenden eiwitten uit het speeksel tegelijk uitprobeert. ‛Ook fascinerend is dat het speeksel in het dier zelf gewoon vloeibaar is, en pas hard en stevig wordt zodra het eruit komt. Dat zie je bijvoorbeeld ook bij spinrag.’ Al even onduidelijk is hoe de teek zich na een bloedmaal weer loskoppelt: ‛Dat gaat niet geleidelijk maar heel plotseling. Ik denk dat hij daar enzymen voor heeft. Ik zou graag proteomics doen met het cement of het speeksel.’ 

Al met al vindt ze het interessant genoeg om met het onderzoek door te gaan, ook al past het niet binnen haar hoofdthema hart- en vaatziekten. En dat geldt ook voor Deshpande en zijn enthousiaste groep. ‛We hebben aan dit project zo veel plezier beleefd…’ 

Ketan Ganar, Manali Nandy, Polina Turbina, et al., Phase-separation and ageing of glycin-rich protein from tick adhesive, Nature Chemistry (2024), doi:10.1038/s41557-024-01686-8