De Vrije Universiteit Brussel (VUB) herbergt sinds een kleine drie jaar een van de krachtigste cryo-elektronenmicroscopen van Europa. ‘We zijn geheel nieuwe biologie aan het ontdekken.’

België mocht de boot niet missen, zo veel was duidelijk voor Han Remaut en Jan Steyaert, de wetenschappelijk directeuren van het VIB-VUB centrum voor structurele biologie. ‘Vijf jaar terug begonnen we te werken met cryo-elektronenmicroscopie (cryo-EM, red.). Daarvoor was kristallografie onze hoofdmethode’, duidt Remaut de tijdslijn. En al in 2018 opende het International Center for Bio Electron Cryogene Microscopy (BECM) zijn deuren. Dit centrum heeft sindsdien een van de krachtigste cryo-EMs van Europa.

De grote troef van cryo-EM is dat je de horde van het kristalliseren van je eiwitten niet meer hoeft te nemen; een vaak onzekere en tijdsintensieve stap. Zeker voor beweeglijke eiwitten en complexen bestaande uit meerdere componenten betekent het uitblijven van kristalvorming vaak het einde van het traject.

Verder is een belangrijk verschil met kristallografie, aldus Remaut, dat je met cryo-EM naar duizenden individuele deeltjes kijkt, elk met hun eigen oriëntatie en vorm. ‘Deze worden via een algoritme omgezet in een driedimensionele structuur van het eiwit, en zelfs in afzonderlijke snapshots wanneer een eiwit zich in meerdere conformaties bevindt. Zo krijg je meer inzicht in de beweeglijkheid en werking van de eiwitten.’

Bij het BECM kloppen zowel onderzoekers uit de wetenschap als het bedrijfsleven aan, met uiteenlopende vraagstukken. Zo werkt Remaut aan verbeterde kanaaltjes voor nanopore sequencing en wilde de VUB spin-out ExeVir zijn nanobodies tegen SARS-CoV-2 laten testen. Remaut: ‘Met cryo-EM kunnen we niet alleen zien waar de binding plaatsvindt tussen de nanobody en het spike-eiwit, maar ook in hoeverre het eiwit een conformatieverandering ondergaat. Daarmee krijgen we een betere kijk op de werking van de nanobodies.’

Cryo-EM heeft nog meer voordelen boven kristallografie, schetst Remaut. ‘Deze techniek vraagt enkel om kleine volumes, microliter ordegrootte, en lage concentraties van je sample. Dus hoef je vaak niet meer met recombinante eiwitten te werken en kun je direct putten uit de primaire bron. Daardoor kunnen we geheel nieuwe biologie ontdekken.’

Onbekende groep

De naar eigen zeggen ‘opnieuw tot PhD-student verworden hoofddocent’ haalt als voorbeeld een bioRxiv-publicatie van medio 2020 aan. Onder stress vormen bacteriën zoals B. cereus en B. anthracis endosporen. Het oppervlak van de endosporen is voorzien van micrometer-lange draadjes die waarschijnlijk een rol spelen in de virulentie en verspreiding van de sporen.

Maar de identiteit van de draadjes bleef tot de inmenging van cryo-EM een raadsel. Remaut: ‘Met onze apparatuur konden we van de vezels een 3D-structuur bepalen bij een resolutie van 3 Å en zo fragmenten van de aminozuursequentie afleiden.’ In een volgende stap identificeerden de onderzoekers de verantwoordelijke genen in het genoom van de bacterie. Zo kwamen ze erachter dat het gaat om een nog onbekende groep van pili die wijd verspreid is onder pathogene Bacilli. ‘Nu gaan we met genetische technieken de biologische functie van deze vezels verder ontrafelen’, vertelt Remaut.

Dat is niet het enige toekomstplan, want de Brusselse onderzoekers zien ook kansen voor deze nanovezels als nieuw biomateriaal. Inmiddels kunnen zij de vezels al op grote schaal in het lab produceren en loopt er octrooiaanvraag. De pili zijn bijzonder sterk en flexibel, en zijn daarnaast hitte en chemisch resistent, aldus de entrepeneur. Die lachend vervolgt: ‘Ik noem het al het nieuwe spinzijde.’