Author Archive

Genomics

Genomics is de term gebruikt voor grootschalig onderzoek naar erfelijkheid en de genen van mensen, dieren, planten en micro-organismen. Het woord genomics is afgeleid van genoom (het totaal van genen in een organisme).

Het onderzoek naar het genoom is breed en vindt in verschillende sectoren plaats, maar vooral in de biologische en medische sector en de voedselindustrie. Onderzoeken worden bijvoorbeeld gedaan aan het ontrafelen van het genoom van dieren- en plantensoorten (door te sequencen), de oorzaak en het verloop van ziekten, genexpressie onder verschillende omstandigheden, de werking en bijwerkingen van nieuwe medicijnen en veredeling van allerlei gewassen.

Bestudeerden onderzoekers voorheen één enkel gen, tegenwoordig kijken ze vaak naar honderden of zelfs duizenden genen tegelijkertijd. Een veel gebruikte techniek daarvoor is micro-array

Erfelijkheid en Kanker: Vroeger en Nu

Het toepassen van genomics in kankeronderzoek staat hoog in de lijst van veelbelovende onderzoeksterreinen. Genetische informatie, van de patient en de tumor, speelt een steeds belangrijke rol bij de diagnose en behandeling van kanker. De technologie achter genomics is nieuw, het koppelen van kanker aan genetische factoren en erfelijkheid is dat niet. Maar de rol van erfelijkheid wordt echter door de jaren heen heel verschillend beoordeeld.

Stambomen

Al meer dan twee eeuwen geleden werd er een relatie gelegd tussen erfelijkheid en kanker. Dat kon destijds leiden tot een fatalistische houding; als kanker in de familie zat was behandeling zinloos. Vanaf de tweede helft van de 19e eeuw gingen erfelijkheid en de familie een belangrijkere rol spelen in het medisch onderzoek. Artsen stelden stambomen op om inzicht te krijgen in bepaalde ziekten, waaronder kanker. Leden van zogeheten kankerfamilies hadden een erfelijke aanleg om kanker te krijgen. Deze aanleg bleek echter niet allesbepalend, artsen waren van mening dat ook andere factoren een rol speelden bij het ontstaan van kanker.

Depressief

Volgens sommige artsen was het helemaal niet goed dat de rol van erfelijkheid beter zichtbaar werd, omdat dit mensen negatief zou beïnvloeden. De druk van de erfelijke belasting zou mensen depressief maken en dat kon uit zichzelf al leiden tot kanker, aldus deze artsen. Aan het begin van de 20e eeuw verscheen het boek The control of a scourge van de Britse chirurg Charles P. Childe. Zijn boek zette de toon in de tijd. Childe zei dat kanker op zich niet ongeneeslijk was. Het probleem was echter dat mensen zich gewoon in hun lot schikten en niet op tijd naar de arts gingen. Daardoor konden ze niet meer genezen worden. Volgens Childe wilden mensen niet in een vroeg stadium voor diagnose naar de arts vanwege het negatieve beeld rond kanker en erfelijkheid, mensen wilden hun familie geen etiket opplakken.

Praktische rol

In de loop van de 20e eeuw werd, vooral via onderzoek in muizen, duidelijk dat erfelijke aanleg alleen niet bepaalt of iemand kanker krijgt. Begin jaren veertig was de algemene mening dat kanker slechts ontstaat wanneer verschillende factoren bij elkaar komen. Een van die factoren is erfelijke aanleg, de andere factoren komen van buitenaf. Maar hoe dit mechanisme werkte was onduidelijk. Nog lange tijd was men van mening dat de erfelijke factoren wel een rol speelden, maar dat erfelijkheid bij de behandeling van kanker geen praktische rol had. Pas in de jaren tachtig, toen nieuwe genetische technieken ontwikkeld werden, veranderde dit beeld en gingen de genetische factoren een grotere rol spelen binnen het kankeronderzoek.

Metabolomics

Metabolomics wil alle metabolieten in kaart brengen. Metabolieten zijn belangrijke bestanddelen van voedingsmiddelen, zoals suikers, vetten en aminozuren. Ze zijn bepalend voor de voedingswaarde van een product. Met dit onderzoek kan bijvoorbeeld gekeken worden naar de verschillen tussen gewoon voedsel en genetisch gemodificeerd voedsel. Metabolomics kan een belangrijke bijdrage aan voedselveiligheid leveren.

Gentherapie

Gentherapie is een behandeling om aandoeningen te genezen waarbij genen worden vervangen of toegevoegd aan cellen. De eiwitten die deze genen produceren helpen bij de therapie. Denk bijvoorbeeld aan het vervangen van het kapotte gen door in bepaalde lichaamscellen een goed werkend gen toe te voegen. Of aan het toevoegen van genen die ontbreken en belangrijk zijn aan cellen van een tumor.

Inbrengen van genen met virus

Bij deze therapie wordt een gen op een specifieke plaats in het lichaam ingebracht. Dit gebeurt doorgaans met behulp van een virus. Virussen bouwen van nature DNA in een gastheercel in om zich te kunnen voortplanten en zijn daarom geschikt voor gentherapie.

Niet elk virus kan gebruikt worden als transportmiddel. Een geschikt virus wordt eerst onschadelijk gemaakt zodat het zich niet zomaar kan vermenigvuldigen en een ziekte veroorzaken. Vervolgens wordt het gewenste menselijke gen met behulp van recombinant-DNA techniek in het DNA van het virus geplaatst. Tot slot wordt het virus op een bepaalde plaats in het lichaam ingespoten, waarna het nieuwe gen hopelijk succesvol in de cellen wordt ingebouwd.

Experimentele fase

Gentherapie bevindt zich nog in experimentele fase en er zijn tot op heden weinig succesvolle resultaten geboekt. Het onderzoek richt zich vooral op het vinden van de ideale manier om het DNA in de cellen te krijgen. Therapie wordt in de toekomst verwacht voor bepaalde stofwisselingsziekten en ziekten waarvan één enkel gen de boosdoener is, zoals hemofilie en problemen met de vetstofwisseling. Ook is er op dit gebied veel onderzoek naar kanker.

Immunofluorescentie

Immunofluorescentie is een methode die wordt gebruikt voor het kleuren van eiwitten of eiwitstructuren in een monster of op een weefsel. Doordat alleen een specifiek eiwit wordt aangekleurd, kan de aanwezigheid of plaats van dat eiwit worden onderzocht.

Immunofluorescentiemicroscopie heeft een belangrijke rol in het diagnosticeren van auto-immuunziektes. Hierbij worden antistoffen gevonden, gericht tegen onderdelen van het eigen lichaam. Als een stukje weefsel van een patiënt deze antistoffen bevat, kunnen deze zichtbaar worden gemaakt door ze te kleuren met fluorescent gelabelde (dierlijke) antistoffen gericht tegen menselijke antistoffen als IgG of IgA.

Klonen

Welke organismen gekloond?

In 1996 werd de eerste kloon van een volwassen dier geboren: schaap Dolly. Dolly ontstond uit een lege, onbevruchte eicel waaraan de kern van een uiercel van de genetische moeder was toegevoegd. Na Dolly zijn meer diersoorten succesvol gekloond. Het slagingspercentage is echter laag en vaak blijken klonen niet gezond te zijn en afwijkingen te vertonen.

In onderstaande tabel staan een aantal diersoorten en het jaar waarin ze voor het eerst gekloond zijn. De namen zijn van dieren die de eerste kloon in hun soort waren.

Diersoort Naam van eerste kloon Jaartal gekloond
Schaap Dolly 1996
Muis Cumulina 1997
Koe George en Charlie 1998
Geit Mira 1998
Rhesusaap Tetra 1999
Varkens Millie, Christa, Alexis, Carrel en Dotcom 2000
Kat Copycat 2001
Muilezel Idaho Gem 2003
Paard Prometea 2003
Rat Ralph 2003
Hond Snuppy 2005
Kameel Injaz 2009

Waarom klonen?

Het klonen van dieren wordt om uiteenlopende redenen gedaan. Bijvoorbeeld voor medische doeleinden; dieren die door een genetische aanpassing menselijke eiwitten aanmaken, worden gekloond voor massaproductie. Een ander voorbeeld is het klonen van bedreigde diersoorten om ze voor uitsterven te behoeden. Op dit gebied zijn nog maar weinig succesvolle resultaten geboekt. Van heel andere orde is het klonen van huisdieren; er zijn een paar gevallen bekend waarin huisdieren zijn gekloond om een gestorven huisdier te vervangen.

Celfusie

Bij celfusie worden cellen van twee soorten organismen (bijvoorbeeld planten) samengevoegd, wat leidt tot één nieuwe, hybride cel.

Bij planten

Bij celfusie van planten wordt van beide cellen een stukje celwand verwijderd. De cellen worden bij elkaar gebracht en smelten samen tot één nieuwe cel, die uitgroeit tot een organisme. Met deze techniek kunnen bruikbare eigenschappen van beide soorten verenigd worden in een nieuwe soort.

Alleen bij verwante soorten

Celfusie werkt alleen bij soorten die aan elkaar verwant zijn en dus genetisch dicht bij elkaar liggen. Fusie van mens en dier is bijvoorbeeld niet mogelijk. Bij planten is het mogelijk om met behulp van celfusie hele nieuwe soorten te creëren. Bij mensen en dieren ontstaan er uit celfusie geen volgroeide organismen, maar blijft het organisme in het cellenstadium.

Bladgroenkorrels

Bladgroenkorrels / Chloroplasten: Structuren in cellen (organellen) in cellen van planten die een belangrijke functie hebben bij de fotosynthese waarbij CO2 wordt omgezet in koolhydraten en zuurstof. Bladgroenkorrels zijn erg belangrijk voor de fotosynthese in een plant. In deze korrels wordt zonlicht opgevangen en daarna omgezet in energie om zo door de plant te worden gebruikt. Hierbij wordt water en koolstofdioxide omgezet in koolhydraten.

Bladgroenkorrels worden ook wel chloroplasten genoemd.

De verschillende vormen van Chlorofyl:

  • Chlorofyl A –  C55H72O5N4Mg
  • Chlorofyl B –  C55H70O6N4Mg
  • Chlorofyl c1 –  C35H30O5N4Mg
  • Chlorofyl c2 –  C35H28O5N4Mg
  • Chlorofyl D –  C54H70O6N4Mg

Schematische weergave (Engels) van een bladgroenkorrel:

bladgroenkorrels

 

Kanker

Roken vergroot de kans op kanker. Net als lang in de brandende zon zitten, of in aanraking komen met schadelijke stoffen. Maar hoe komt dat? En wat gebeurt er als er in je lichaam een gevaarlijke tumor ontstaat?

Veranderingen in het DNA

Al zo´n dertig jaar weten we dat kanker veroorzaakt wordt door veranderingen in het DNA, het genetische materiaal in een cel. Deze veranderingen – mutaties – zorgen ervoor dat een gezonde lichaamscel, die eerst netjes z’n werk deed als bijvoorbeeld spier- of huidcel, opeens heel andere eigenschappen krijgt. Hierdoor wordt het een ongehoorzame supercel die maar blijft delen, niet meer samenwerkt met andere cellen en andere delen van het lichaam binnendringt om daar een tumor – een opeenhoping van kankercellen – te vormen.

Door nieuw onderzoek wordt steeds duidelijker om welke veranderingen in het DNA het gaat en hoe die ervoor zorgen dat een gezonde cel ontspoort. Als gezonde lichaamscellen vijf à zes specifieke fouten in het DNA oplopen, veranderen ze in een kankercel. Deze mutaties geven stuk voor stuk speciale supereigenschappen aan de kankercel die allemaal nodig zijn voordat er een kwaadaardige tumor kan ontstaan.

Mutaties in het DNA leiden in sommige gevallen tot een niet of anders werkend eiwit. Dat kan het ontstaan van kanker in de hand werken.

Gas geven en remmen

De eerste twee supereigenschappen hebben te maken met het regelen van de celdeling. Normale, gezonde cellen in ons lichaam wachten op een signaal van buitenaf voordat ze gaan delen. Zo’n signaal is een molecuul, een zogenoemde groeifactor, die de buurcellen afgeven en opgevangen wordt door een soort antenne aan de buitenkant van de cel. De antenne geeft het signaal door naar binnen, waarna het delingsproces start. Kankercellen apen die groeistimulerende signalen na. Ze maken antennes die ook zonder een groeifactor doen alsof ze een signaal hebben gekregen. Hierdoor blijven de kankercellen delen zonder dat daar opdracht voor gegeven is. Je zou kunnen zeggen dat hun moleculaire gaspedaal continue is ingedrukt.

Bovendien luisteren kankercellen niet meer naar signalen die ze vertellen te stoppen met delen. Als een tumor groeit, worden de andere cellen eromheen in elkaar gedrukt. Deze cellen sturen als waarschuwing chemische signalen die in een normale cel de celdeling stoppen. Kankercellen zijn ongevoelig voor die stopsignalen en gaan gewoon door met delen. Kortom, hun moleculaire rempedaal werkt niet meer. Het gevolg is dat de tumor blijft groeien ten koste van het eromheen liggende weefsel.

Zelfmoord

Normaal zorgen fouten in het DNA ervoor dat de cel zelfmoord pleegt om te voorkomen dat deze fouten doorgegeven worden naar de dochtercellen. Cellen hebben hiervoor een zelfmoordprogramma, dat apoptose genoemd wordt. De derde supereigenschap van kankercellen is dat ze dit zelfmoordprogramma uitschakelen. Ze blijven leven en delen, met de fouten in hun DNA, met alle akelige gevolgen van dien.

Honger

Doordat kankercellen blijven delen, ontstaat een gezwel dat steeds maar groter wordt. Maar als de tumor te groot wordt komt het in de problemen. Tumorcellen – net als normale lichaamscellen – hebben namelijk voedingsstoffen en zuurstof nodig om te overleven. Bloedvaten voeren deze stoffen aan, maar die zijn niet meteen aanwezig in een tumor. Om verder te kunnen groeien ontwikkelen kankercellen een vierde supereigenschap, namelijk het vermogen nieuwe vertakkingen van omliggende bloedvaten te laten groeien. Dat doen ze door speciale moleculaire signalen aan te maken die de groei van nieuwe bloedvaten stimuleren.

Eeuwig leven

De vijfde supereigenschap van kankercellen heeft te maken met onsterfelijkheid. Normale lichaamscellen kunnen maximaal vijftig tot zeventig keer delen, en daarna stoppen ze ermee. In elke cel is een moleculaire teller aanwezig die precies bijhoudt hoeveel celdelingen er zijn geweest. Bij iedere deling wordt het DNA gekopieerd, maar daarbij gaat steeds een stukje van de uiteinden verloren. Net als een veter zonder plastic beschermkapje die door slijtage langzaam uitrafelt. Die slijtage gaat door totdat er zoveel materiaal beschadigd dat de cel niet meer kan delen en sterft.

Kankercellen hebben een manier gevonden om het rafelen tegen te gaan. Dat doen ze door de uiteinden van de DNA strengen na iedere celdeling steeds weer te repareren. De teller tikt niet verder en daarmee zijn ze onsterfelijk geworden.

Invasie

Kankercellen die de vijf supereigenschappen ontwikkelen zijn in staat een steeds maar groeiende tumor te vormen die in het lichaam grote problemen kan veroorzaken. Bijvoorbeeld door belangrijke organen als de longen of hersenen in de verdrukking te brengen. Gelukkig kunnen veel tumoren operatief verwijderd worden. Op zich hoeft een tumor dus niet dodelijk te zijn. Maar tumorcellen gaan vaak aan de wandel, verspreiden zich door het lichaam en vormen daar nieuwe tumoren. Deze nieuwe tumoren noemen we uitzaaiingen of metastases.

Het is deze supereigenschap die kankercellen de kracht geeft zich te verspreiden door het lichaam en andere weefsels binnen te dringen. Uitzaaiingen maken kanker zo gevaarlijk. Dood door kanker is in negen van de tien gevallen het gevolg van uitzaaiingen.

Patiënt

Ondanks alle bijzondere eigenschappen lijken tumorcellen ontzettend veel op normale cellen. Daarom is het zo verschrikkelijk moeilijk om ze uit het lichaam te verwijderen, vooral als ze uitgezaaid zijn. Chemotherapie en bestraling zijn twee manieren om uitgezaaide tumoren te behandelen, maar deze methoden zijn niet heel specifiek en de kans op succes is bij veel tumoren laag.

Nu we beginnen te begrijpen welke veranderingen in het DNA een rol spelen en welke processen in de cel hierdoor veranderen zijn we in staat nieuwe medicijnen te ontwikkelen die wél het verschil zien tussen een tumorcel en een normale cel. Als dat lukt, dan kan een geneesmiddel ook specifiek de tumorcel aanpakken en de gezonde cel met rust laten. De eerste succesjes zijn er. Bovendien kan de arts nu door onderzoek aan DNA, RNA en eiwitten beter vaststellen in welke fase de tumor zich bevindt en welke behandeling het beste past bij die specifieke tumor en patiënt. Voor patiënten met bepaalde soort borstkanker is die aanpak binnen handbereik.

Zuinig zijn

Veel vragen over kanker zijn nog onbeantwoord. Daarom blijft onderzoek nodig. Maar het is ondertussen wel duidelijk dat kanker veroorzaakt wordt door een opeenstapeling van fouten in ons DNA. Sommige fouten ontstaan doordat onze DNA-reparatiesystemen niet goed werken.

Soms erf je fouten die kanker kunnen veroorzaken van je ouders. Dan is er sprake van erfelijke kanker.

Maar fouten ontstaan ook door tabaksrook, te veel alcohol of zon, doordat die schade aan het DNA aanrichten. Het is daarom belangrijk blootstelling aan die factoren zoveel mogelijk te vermijden om de kans op fouten in het DNA zo klein mogelijk te houden. Kortom: wees zuinig op je DNA.

[ Deze informatie komt van een artikel uit 2011 ]

Genen repareren

Met gentherapie proberen artsen aandoeningen te behandelen die door een defect gen worden veroorzaakt.

Sommige erfelijke aandoeningen worden veroorzaakt door een beschadiging aan één enkel gen. Als dat ene gen vervangen wordt door een goed exemplaar dan zou die ziekte genezen zijn. Voorbeelden van dergelijke ziekten zijn taaislijmziekte (een longaandoening) en sikkelcelanemie (een bloedziekte). De moeilijkheid van gentherapie, zoals het vervangen van kapotte genen wordt genoemd, is om de nieuwe genen in de celkernen van de cellen van patiënten te krijgen.
(meer…)

Gelelektroforese

Gelelektroforese is een techniek waarmee moleculen, zoals DNA, RNA en eiwitten, op grootte kunnen worden gescheiden.

Celkern

De celkern is het organel in de cel waarin de chromosomen met het DNA liggen opgeslagen.

Celcyclus

De celcyclus is het leven van een cel, vanaf zijn ontstaan uit een delende oudercel, tot aan zijn eigen deling in twee nieuwe cellen.

Basenparing

Basenparing is de binding via waterstofbruggen tussen de stikstofbasen C en G, respectievelijk A en T (in DNA) of U (in RNA).

Allel

Genen komen in verschillende varianten voor. Zo’n variant wordt een allel genoemd.