- Onderzoek
- 05/06/2015
IJsvrij en klontloos dankzij zelforganiserende moleculen
Binnen een half jaar sleepte onderzoekster Ilja Voets een Europese ERC Starting Grant en een Vidi-subsidie van NWO binnen. Twee prestigieuze subsidies van in totaal een kleine tweeënhalf miljoen euro, terwijl veel van haar leeftijdsgenoten een moord zouden doen voor één van beide. Voets heeft de komende jaren dus alle gelegenheid om de geheimen van zelforganiserende moleculen te ontrafelen. Als we die zelforganisatie kunnen sturen, kan ons dat niet alleen schakelbare coatings opleveren, maar ook gezonder ijs, veiligere wegen en het einde van de ruitenkrabber.
Universitair docente Ilja Voets (1980) voelt zich als een vis in het water in de interdisciplinaire omgeving van het Instituut voor Complexe Moleculaire Systemen (ICMS). Niet voor niets besloot de geboren en getogen Leidse niet in haar geboortestad te gaan studeren, maar koos ze voor de brede opleiding Moleculaire Wetenschappen in Wageningen. Tijdens haar promotie daar werd ze gegrepen door zelforganisatie - hoe moleculen zichzelf ordenen in structuren. Na een uitstapje in het Zwitserse Fribourg kwam ze vier jaar geleden naar Eindhoven. Binnen het ICMS leidt ze een groep met (dankzij de recente subsidies) over enkele jaren een tiental promovendi en postdocs.
De ERC Starting Grant die Voets eind vorig jaar kreeg, biedt haar de gelegenheid om het onderzoek dat ze met een Veni-subsidie begon te vervolgen, vertelt ze. “Toen ik als postdoc in Fribourg werkte, las ik een artikel over een antivries-eiwit waarmee sneeuwvlooien voorkomen dat ze bevriezen. Het bleek dat er nog maar weinig bekend was over hoe dat werkt, en ik raakte gefascineerd door dit onderwerp.” Voets stuurde een subsidievoorstel naar NWO, en kon zich met een Veni-beurs in Eindhoven vestigen. Hier stortte ze zich op het mysterie van de eiwitten die in een hele reeks dieren - niet alleen sneeuwvlooien, maar met name ook vissen uit de poolzeeën - in staat stelt om in de vrieskou te overleven.
Antivries-eiwitten zorgen ervoor dat het bloed van poolvissen niet bevriest
Dergelijke antivries-eiwitten zorgen ervoor dat het bloed van deze dieren niet bevriest, ondanks dat ze - zoals de poolvissen - bij wijze van spreken in een enorme bak met ijswater leven. Er blijken tientallen verschillende eiwitten met die wonderbaarlijke eigenschap te bestaan, waarvan sommige dieren wel meer dan tien varianten bezitten. Waarom dat is, en met name hoe deze eiwitten de vorming van ijs precies tegengaan, probeert Voets te achterhalen.
“Uiteindelijk wil ik uitvinden hoe we een kunstmatig eiwit kunnen maken met diezelfde functie. Daarvoor moeten we snappen hoe de antivries-eiwitten precies werken. Wat we al wel weten, is dat de eiwitten hechten aan ijskristallen, en daardoor de groei van deze kristallen remmen. Dat werkt al bij opvallend lage concentraties.” Het is dus niet zo dat poolvissen geen ijs in hun bloed hebben, maar ze zijn in staat om de ijskristallen zo klein te houden dat het bloed kan blijven stromen om zijn essentiële functies te vervullen. Omdat de eiwitten hechten aan verschillende kristalvlakken, kun je de eiwitten in principe ook gebruiken om de vorm van de kristallen te sturen, legt Voets uit. “Er zijn zelfs mensen die hebben voorgesteld om zo naaldvormige kristallen te maken om tumorcellen mee te doorboren, als therapie tegen kanker.”
Antivries voor roomijs
Een toepassing die meer voor de hand ligt, is in een spray waarmee je snel je autoruit, of vliegtuigvleugels, kunt ontdooien. “Vliegtuigen die na een vlucht binnenkomen, hebben vaak ijs op de vleugels. Dat moet verwijderd worden voordat het toestel weer de lucht in kan. Het hele toestel verwarmen is te kostbaar, dus worden ze met een verwarmde chemische vloeistof behandeld. De hoop is dat we hiervoor kunstmatige, biologisch afbreekbare antivries-eiwitten kunnen maken die bij een heel lage concentratie hun werk al doen. Dat zou wellicht ook als toevoeging voor strooizout kunnen dienen, zodat je minder zou hoeven strooien bij gladheid.” Ook voor voedingsmiddelen zou het interessant kunnen zijn, denkt ze. “Roomijs bevat veel suiker om te voorkomen dat zich snel grote ijskristallen vormen. Als je dat proces kunt vertragen met antivries-eiwitten, dan kun je ijs maken met minder calorieën dat toch lang lekker blijft.”
De afgelopen jaren heeft Voets met haar promovendi Luuk Olijve en Antonio Aloi een opstelling gebouwd waarmee ze hopelijk binnenkort de antivries-eiwitten in beeld kan brengen op ijskristallen. “De eiwitten zijn zo klein dat je daar zogeheten superresolutie-microscopie voor nodig hebt, een techniek waarvoor in 2014 de Nobelprijs voor chemie is uitgereikt.” Omdat de eiwitten aan ijskristallen hechten, en - in tegenstelling tot de kristallen zelf - zichtbaar gemaakt kunnen worden onder de microscoop door ze te voorzien van een fluorescent oplichtend label, biedt deze geavanceerde microscoop ook gelegenheid om de groei van de kristallen in de tijd te volgen. Voets: “IJsvorming is al heel lang onderwerp van studie, maar het is nog altijd niet volledig begrepen. En terwijl wij willen voorkomen dat er ijs ontstaat, zijn er ook situaties waarin je juist ijs, of sneeuw, wilt vormen. Zoals op skipistes.”
Fluorescentiemicroscopie komt ook van pas bij het Vidi-onderzoek waarvoor Voets vorige maand groen licht heeft gekregen. “In dat project willen we de interactie tussen deeltjes in een vloeistof - zoals verfdeeltjes - sturen door er licht op te schijnen. Collega’s beschreven al jaren geleden moleculen die onder invloed van licht gaan samenklonteren. Wij hebben onlangs aangetoond dat we die moleculen aan veel grotere deeltjes - zogeheten colloïden - kunnen bevestigen en dat we die op deze manier ook kunnen laten zelforganiseren door ze met ultraviolet licht te beschijnen. Dat is de inspiratie geweest voor het Vidi-project. De uitdaging is nu om die reactie omkeerbaar te maken, als een soort schakelaar. Als dat lukt, zou je tijdens het aanbrengen van verf of coatings veel meer controle hebben over de stroperigheid. En zou je bijvoorbeeld coatings kunnen creëren voor glas die in de winter transparanter zijn voor zonlicht dan in de zomer, om zo je huis lekker warm of juist koel te houden.”
Discussie