Dementie en spinnenwebben zijn verschillende uitingsvormen van lange eiwitketens. Promovendus Maarten Wolf rekende aan het gedrag van deze moleculen – een week lang voor een miljardste seconde.
De lijst met aandoeningen als gevolg van ongewenste eiwitketenvorming is lang en divers. Onder de ruim dertig aandoeningen bevinden zich de ziekten van Alzheimer en Parkinson, maar ook type-II suikerziekte. Er kan kennelijk veel misgaan in het lichaam wanneer eiwitten samenklonteren. Hetzelfde proces vormt ook de basis van zijde – een spin kan voor zijn web wel zes verschillende soorten zijde aanmaken geschikt voor verschillende toepassingen variërend van strakke spanlijnen tot kleefdraden. Kunstvezelfabrikanten kijken al lang met afgunst naar dit proces.
Over de vorming van lange eiwitketens, fibrillen genoemd, is al veel bekend. Maar het blijft lastig te voorspellen of bepaalde eiwitten in oplossing samenklonteren of niet.
Juist aan dat proces heeft drs. Maarten Wolf onderzoek gedaan bij prof.dr. Simon de Leeuw van de voormalige vakgroep physical chemistry & molecular thermodynamics van Delftchemtech (Technische Natuurwetenschappen). Hij deed dat volgens een methode die je numerieke scheikunde kunt noemen. In plaats van natte buisjes en kolfjes, werkte Wolf met de computer, waarin hij de reacties simuleerde.
Een eiwit is een aaneenschakeling van soortgelijke bouwstenen, aminozuren genoemd. Dat kunnen er zes zijn, maar evengoed meer dan veertig per eiwitmolecuul. Prof. De Leeuw schetst de algemene structuur ervan: een stikstofatoom, daar een koolstofatoom aan vast met een bepaalde dwarsgroep, dan weer een koolstofatoom dat aan het stikstofatoom van een volgend aminozuur vastzit. Enzovoorts. Een eiwitmolecuul is zo een lange keten met diverse vertakkingen. De elektrische ladingen op de stikstof- (+) en zuurstofatomen (-) trekken elkaar aan en kunnen het eiwit in een bepaalde vorm vouwen. Waterstofatomen vormen dan bruggen tussen zuurstof en stikstof. Als het eiwit in water is opgelost, heeft het bovendien de neiging om met de waterafstotende delen tegen elkaar te gaan liggen, wat ertoe leidt dat het de vorm van een haarspeld aanneemt.
Sommige eiwitmoleculen hebben de neiging om parallel aan elkaar te klitten als haarspelden op een kartonnetje bij de drogist. Of ze liggen kop-aan-staart naast elkaar, dat heet anti-parallel. Wanneer steeds meer eiwitten aan de keten hechten, ontstaat een langgerekte keten van (anti-)parallel gestapelde eiwitten – een protofilament. Een aantal van die ketens naast elkaar draaien om elkaar heen als de strengen van een touw, en vormen zo een fibril – een extreem langgerekt molecuul van zeven tot tien nanometer dik. Maar wat is het startschot tot die eiwitstapeling, en wat bepaalt of zo’n stapeling eenmaal ingezet ook doorgaat?
Daarover gaat het proefschrift, zegt De Leeuw. Met nauwelijks verholen bewondering vertelt hij hoe Wolf, die intussen werkzaam is als onderzoeker aan het prestigieuze Max Planck instituut, de energieniveaus van de verschillende stadia van het groeien van fibrillen heeft berekend en daar de waarschijnlijkheid van reacties uit heeft afgeleid. Voor kleinere eiwitten berekende hij het energieverschil tussen een vijftal (door waterstofbruggen gebonden) gestapelde eiwitten waarbij er één op afstand lag. Hij vond dat voor bepaalde eiwitten de energie lager was bij binding, maar bij andere niet, hoewel ze er veel op leken. Kleine verschillen in eiwitten – een of twee andere aminozuren in de keten – maken kennelijk een groot verschil uit in het risico op fibrilvorming.
Toegegeven, Wolf heeft zich hierbij beperkt tot kleine eiwitten. De Alzheimer-type eiwitten zijn met 40 tot 42 aminozuren een stuk langer en ongelofelijk bewerkelijk in de berekening. De Leeuw rekent voor dat iedere koppeling tussen de eiwitten drie standen kent, dus dat er in totaal 340 mogelijkheden voor vouwing zijn (een getal met negentien nullen). Mogelijk biedt de andere vinding van Wolf uitkomst. Hij vond een manier om de berekeningen van structuren te versnellen door de krachten in het spel afwisselend te verstoren en te stimuleren.
De numerieke chemie is met de reorganisatie van DelftChemTech in 2005 uit Delft verdwenen. Maarten Wolf werkt in Göttingen verder aan simulaties van eiwitinteracties en Simon De Leeuw werkt met een groep in Londen verder aan numeriek en experimenteel onderzoek naar fibrillen.
,,,
‘Vlucht LH 4674 uit Frankfurt.’ Student Bart Kromhout kijkt vrijdagmiddag nog maar eens goed op de schermpjes bij de aankomsthal van Schiphol. ‘Geland om 12.29 uur.’ Tussen een menigte wachtende mensen checkt hij zijn lijst van het international office van de TU. Als het goed is, zit Chockalingam Veerappan uit India in het toestel.
De 22-jarige Indiër is een van de bijna zeshonderd internationale studenten die dit jaar aan de TU komen studeren. Kromhout en andere studenten en medewerkers van het international office komen er zo’n 425 in vier dagen ophalen. De universiteit zal ze met busjes en touringcars bij hun nieuwe onderkomens afzetten. De rest komt op eigen gelegenheid.
Bij een paaltje met TU-vlaggetjes kijkt Kromhout verwachtingvol naar passagiers die aankomsthal 1 inlopen. Nog geen studenten. “Je haalt ze er zo uit: ze zijn jong, kijken heel verbaasd om zich heen en hebben heel veel bagage bij zich”, legt Kromhout uit. Dat blijkt als even later vier Griekse meisjes met enorme koffers zich bij de vlaggetjes melden. Kromhout vinkt hun namen af op zijn lijst.
Dan staat er opeens een lange, slanke Indiase jongen voor hem. Snorretje. Brilletje. Tikje verlegen. Beleefd bescheiden. “Ik ben Chockalingam Veerappan. Momentje, ik haal even mijn bagage.” Kromhout vraagt hoe zijn vlucht was. “Prima, geen vertraging.” Het was zijn eerste vliegreis.
Met een gemêleerd groepje studenten loopt Kromhout naar een stand van de TU. Daar krijgen ze een grote enveloppe met de sleutels van hun woning, een welkomstbrief van de universiteit, een programma voor de introductieweek en brieven met afspraken voor een registratieronde en voor configuratie van hun laptop.
Ook krijgen ze een rugzakje van de TU. “Controleer je adres alsjeblieft, lees alles goed door en ga maar even in het wachtgedeelte zitten tot het busje komt”, zegt een studente achter de balie.
Veerappan neust wat in het rugzakje. Behalve belangrijke informatie en een stadsplattegrond zit er ook wat proviand in voor het eerste weekend. Chips, noedels, een plakje ontbijtkoek, water, tomatensoep, nootjes, twee koekjes, afvalzakjes, een lolly, twee theezakjes, suiker en wat Nescafé.
Plotsklaps zit er een andere Indiase student naast hem die wil weten waar hij vandaan komt. Veerappan komt uit Coimbatore uit de zuidelijke deelstaat Tamil Nadu. Coimbatore is een kleine stad en wordt ook wel ‘het Manchester van Zuid-India’ genoemd, vanwege de vele katoenmolens. Veerappans vader was daar ingenieur, maar is nu met pensioen.
Druk
Veerappan gaat met financiële bijdrages van zijn ouders en broers micro-elektronica studeren. En ondanks het feit dat hij een scholarship heeft van Philips en de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica (EWI) legt dat toch wel extra druk op hem. Maar ja, hij komt nu eenmaal in Delft om te studeren. “Delft omdat ik een goed instituut zocht met goede faciliteiten en goed onderzoek. Een van mijn leraren wees mij op de TU. Via de website raakte ik in contact met wat seniors.”
Om half drie kan Veerappan met wat Turkse studenten in een busje mee naar Delft. Door de vele opgestapelde koffers in het gangpad is het een beetje klimmen naar een zitplek. Tot Leiden is het stil. Een enkeling leest wat brieven uit zijn enveloppe. Een ander bestudeert de plattegrond van de campus.
De Turkse studenten praten wat in hun eigen taal. Af en toe klinkt een naam als ‘Korve<#141>eestrat’ of ‘Leekwaterstrat’. Veerappan staart zwijgend naar het voorbijtrekkende verkeer.
Student Robert Praet rijdt het busje eerst naar een portiekflat in de Prunuslaan. Hij loopt met een van de Turken mee naar boven, omdat sleutels soms niet blijken te passen. Bovenin het sombere, smoezelige trappenhuis vraagt de Turk: “Wanneer wordt het hier schoongemaakt?” De plekken waar je bij een uitwisseling komt, zien er vaak beter uit, constateert Robert Praet als hij zijn busje weer instapt.
“This is the beginning of the campus”, zegt Praet als hij langs het oude hoofdgebouw rijdt. “Als je internet wilt gebruiken, kun je naar de TU-bibliotheek gaan.” De aankomende studenten kijken hun ogen uit op de campus: ‘groot’. “Klein, maar multifunctioneel”, zegt Onur K<#138>ya als hij beteuterd in zijn spacebox op de Leeghwaterstraat is afgeleverd.
Dan is het moment daar: de Poptahof komt in beeld. Het is even zoeken naar het juiste nummer, maar dan stapt Veerappan vol verwachting uit. Voor het huis ligt een klein betegeld plaatsje. Leuk voor een barbecue. Na een beetje wrikken springt het slot open.
Hij loopt een smalle trap op en ziet een Indiër: Rajat Bharadury uit New Delhi, zijn nieuwe buurman. “O, jij hebt een grotere kamer!”, roept Bharadury enigszins jaloers als Veerappan zijn deur opent. Veerappan heeft inderdaad één vierkante meter meer, omdat hij een hoekje met een fonteintje heeft. “Nu moeten we bij jou onze tanden poetsen”, grapt Bharadury. Veerappan gniffelt onwennig.
Keukengerei
Als hij zijn koffer, twee weekendtassen en twee rugzakken naar boven heeft gesjouwd, begint Bharadury meteen over de beperkte hoeveelheid kilo’s die hij tijdens zijn vlucht mee mocht nemen. “Ik had drie kilo meer en heb toen maar alle snoepjes en ready-to-eat stuff eruit gehaald.”
Gelukkig mocht Veerappan op zijn vlucht nog achttien kilo extra aan handbagage meenemen. Hij gaat op het smalle, onopgemaakte bed zitten en opent zijn koffer. Hij haalt er een Indiase variant van een Tupperwaredoosje uit en biedt de inhoud aan. Zoete milkcakejes, door zijn moeder gebakken.
Bharadury vertelt dat hij al wat andere Indiërs heeft ontmoet en dat ze vanavond naar de universiteit willen gaan. Veerappan wil wel mee. Hij opent de geheimzinnige kartonnen doos die op zijn studeertafel staat. “Keukengerei”, zegt Rajat. “Toen ik gisteravond was aangekomen en om half tien wat wilde koken, kon ik geen aanstekers vinden. Na wat koekjes ben ik maar gaan slapen.”
“Ik moet nog leren koken”, grapt Veerappan enigszins gegeneerd. Bharadury lijkt ook geen raskok. We gaan wel experimenteren, besluiten ze. Een van de andere Indiërs heeft volgens Bharadury een boek van de befaamde Indiase kok Senjeev Kumar bij zich.
De Indiërs spreken Engels omdat Bharadury uit het noorden komt en alleen Hindi spreekt terwijl Veerappan alleen Tamil verstaat. Met hun rappe Engels met rollende r komen ze een eind. Ze zijn het er in ieder geval over eens dat ze een prima gezamenlijke zitruimte hebben.
Wel hebben ze ieder een ander weekprogramma. Veerappan moet maandagochtend zijn laptop laten instellen bij het sportcentrum en zich laten registreren. Als hij daar lopend met zijn nieuwe Indiase huisgenoot Gokulraj Chandramohan aankomt, is er een rode loper uitgelegd die naar de registratie leidt.
Maar eerst moet Veerappan met zijn laptop een groene loper volgen naar een sporthal. “Wat is je naam?”, vraagt een medewerker achter een tafeltje. “Chockalingam Veerappan.” Vragende blik. “O, schrijf dat zelf maar op.”
Veerappan zegt dat hij nog een licentie voor Windows XP moet kopen en dat hij niet weet hoe hij die moet installeren. Hem wordt aangeraden dan maar een keer ’s avonds terug te komen.
Voornaam
Terug naar de ingang van het sportcentrum. Daar moeten de huisgenoten een half uur wachten op hun registratie. Ze leveren eerst hun paspoort in voor kopieën. Dan mogen ze naar een donker kamertje voor het maken van pasfoto’s voor een visum en een campuscard.
De rode loper leidt vervolgens naar een sporthal met een hele rij tafeltjes die de studenten moeten bezoeken voor registratie. Allereerst checkt een medewerker of hun diploma, de vertaling daarvan, hun CV, motivatie-essay en geboortebewijs zijn goed bevonden door het international office.
Alles van Veerappan is in orde, maar hij maakt zich toch een beetje zorgen. Hij vraagt of de TU alleen zijn voornaam kan gebruiken als hij zijn diploma krijgt. Dat is in India gebruikelijk. “O, dat is dan een verschil met ons land. Vraag het maar aan de centrale studentenadministratie”, luidt het antwoord.
De volgende stop is Duwo, maar daar staan wat Aziatische studenten in de rij. Ondertussen stelt Tessa Kalkhoven zich voor als hun mentor. Ze vraagt wat hun eerste indruk is van Nederland. “Col”, zegt een Aziaat. Koud? Ja, in Nederland kan het koud zijn, beaamt Kalkhoven. Veerappan is in India een temperatuur van gemiddeld 24 tot 28 graden gewend. Hij heeft nog geen winterkleding. Of bedoelde de Aziaat nu cool, gaaf?
Veerappan tekent voor zijn huurcontract, een waarborgsom en automatische huurafschrijving. Daarna volgen tafeltjes voor een bankpas met chipknip, een ziektekostenverzekering, inschrijving bij de burgerlijke stand, een verblijfsvergunning met visum en de centrale studentenadministratie.
Voordat ze bij EWI naar een welkomstwoord gaan en wat leren over interculturele communicatie en samenwerken in groepjes, hebben Veerappan en Chandramohan nog even tijd om op het plein een fiets uit te zoeken.
Mokumse fietsenmakers knappen ter plekke oude barrels op om ze aan de internationale studenten te verkopen. Het aanbod varieert van verroeste wrakken voor zestig euro tot nieuwe Gazelles van driehonderd euro.
De Indiërs twijfelen want ze weten inmiddels wat in Nederland redelijk is voor een tweedehandsje. Ze inspecteren de fietsen op roest en versleten banden. Even wil Veerappan een groot model kinderfietsje kopen, maar de verkoper gaat daar niet in mee. Hij doet voor hoe hij dan met zijn knieën tegen zijn kin komt.
Uiteindelijk vertrekken de studenten zonder stalen ros, maar ze zullen hun fiets deze week nog hard nodig hebben voor het drukke programma van de TU. Ze kunnen deze week nog taallessen volgen, fietsen leren repareren, dansen, picknicken in de Delftse Hout en sporten op zaterdag. En vanaf volgende week: aan de slag. Het thuisfront wil resultaat zien.
Na zijn eerste vlucht meldt de Indiase student Chockalingam Veerappan zich op Schiphol bij Bart Kromhout. (Foto: Connie van Uffelen)
De lijst met aandoeningen als gevolg van ongewenste eiwitketenvorming is lang en divers. Onder de ruim dertig aandoeningen bevinden zich de ziekten van Alzheimer en Parkinson, maar ook type-II suikerziekte. Er kan kennelijk veel misgaan in het lichaam wanneer eiwitten samenklonteren. Hetzelfde proces vormt ook de basis van zijde – een spin kan voor zijn web wel zes verschillende soorten zijde aanmaken geschikt voor verschillende toepassingen variërend van strakke spanlijnen tot kleefdraden. Kunstvezelfabrikanten kijken al lang met afgunst naar dit proces.
Over de vorming van lange eiwitketens, fibrillen genoemd, is al veel bekend. Maar het blijft lastig te voorspellen of bepaalde eiwitten in oplossing samenklonteren of niet.
Juist aan dat proces heeft drs. Maarten Wolf onderzoek gedaan bij prof.dr. Simon de Leeuw van de voormalige vakgroep physical chemistry & molecular thermodynamics van Delftchemtech (Technische Natuurwetenschappen). Hij deed dat volgens een methode die je numerieke scheikunde kunt noemen. In plaats van natte buisjes en kolfjes, werkte Wolf met de computer, waarin hij de reacties simuleerde.
Een eiwit is een aaneenschakeling van soortgelijke bouwstenen, aminozuren genoemd. Dat kunnen er zes zijn, maar evengoed meer dan veertig per eiwitmolecuul. Prof. De Leeuw schetst de algemene structuur ervan: een stikstofatoom, daar een koolstofatoom aan vast met een bepaalde dwarsgroep, dan weer een koolstofatoom dat aan het stikstofatoom van een volgend aminozuur vastzit. Enzovoorts. Een eiwitmolecuul is zo een lange keten met diverse vertakkingen. De elektrische ladingen op de stikstof- (+) en zuurstofatomen (-) trekken elkaar aan en kunnen het eiwit in een bepaalde vorm vouwen. Waterstofatomen vormen dan bruggen tussen zuurstof en stikstof. Als het eiwit in water is opgelost, heeft het bovendien de neiging om met de waterafstotende delen tegen elkaar te gaan liggen, wat ertoe leidt dat het de vorm van een haarspeld aanneemt.
Sommige eiwitmoleculen hebben de neiging om parallel aan elkaar te klitten als haarspelden op een kartonnetje bij de drogist. Of ze liggen kop-aan-staart naast elkaar, dat heet anti-parallel. Wanneer steeds meer eiwitten aan de keten hechten, ontstaat een langgerekte keten van (anti-)parallel gestapelde eiwitten – een protofilament. Een aantal van die ketens naast elkaar draaien om elkaar heen als de strengen van een touw, en vormen zo een fibril – een extreem langgerekt molecuul van zeven tot tien nanometer dik. Maar wat is het startschot tot die eiwitstapeling, en wat bepaalt of zo’n stapeling eenmaal ingezet ook doorgaat?
Daarover gaat het proefschrift, zegt De Leeuw. Met nauwelijks verholen bewondering vertelt hij hoe Wolf, die intussen werkzaam is als onderzoeker aan het prestigieuze Max Planck instituut, de energieniveaus van de verschillende stadia van het groeien van fibrillen heeft berekend en daar de waarschijnlijkheid van reacties uit heeft afgeleid. Voor kleinere eiwitten berekende hij het energieverschil tussen een vijftal (door waterstofbruggen gebonden) gestapelde eiwitten waarbij er één op afstand lag. Hij vond dat voor bepaalde eiwitten de energie lager was bij binding, maar bij andere niet, hoewel ze er veel op leken. Kleine verschillen in eiwitten – een of twee andere aminozuren in de keten – maken kennelijk een groot verschil uit in het risico op fibrilvorming.
Toegegeven, Wolf heeft zich hierbij beperkt tot kleine eiwitten. De Alzheimer-type eiwitten zijn met 40 tot 42 aminozuren een stuk langer en ongelofelijk bewerkelijk in de berekening. De Leeuw rekent voor dat iedere koppeling tussen de eiwitten drie standen kent, dus dat er in totaal 340 mogelijkheden voor vouwing zijn (een getal met negentien nullen). Mogelijk biedt de andere vinding van Wolf uitkomst. Hij vond een manier om de berekeningen van structuren te versnellen door de krachten in het spel afwisselend te verstoren en te stimuleren.
De numerieke chemie is met de reorganisatie van DelftChemTech in 2005 uit Delft verdwenen. Maarten Wolf werkt in Göttingen verder aan simulaties van eiwitinteracties en Simon De Leeuw werkt met een groep in Londen verder aan numeriek en experimenteel onderzoek naar fibrillen.
Do you have a question or comment about this article?
delta@tudelft.nl
Comments are closed.