Foefjes met wortelcellen van de zandraket

Eén van de meer curieuze afkortingen uit hetwetenschappelijke abracadabra is PIONIER, wat staat voor'Persoonsgerichte Impuls voor Onderzoeksgroepen met NieuweIdeeën voor Excellente Research'. In 1989 werd dePionier-subsidie door onderzoeksorganisatie NWO in het levengeroepen om jonge onderzoekers in staat te stellen ervaring op tedoen als leider van een omvangrijk ondezoeksproject. Inmiddels zijnlandelijk een kleine honderd PIONIERsubsidies van rond anderhalfmiljoen gulden per persoon uitgereikt, waarvan dertien aanUtrechtse onderzoekers. In 1999 voegen zich vier nieuwe Utrechtseonderzoekers bij dit illustere gezelschap. Vorige week stelde hetU-blad geoloog Frits Hilgen aan de lezer voor. Deze week is het debeurt aan bioloog Ben Scheres.


De Utrechtse ontwikkelingsbioloog dr Ben Scheres werddit jaar geselecteerd voor een pioniersbeurs: anderhalf miljoengulden van onderzoeksorganisatie NWO en een overeenkomstig bedragvan de universiteit, goed voor vijf jaar onderzoek met een team vanvijf mensen. Scheres probeert het complexe netwerk vansignaalstoffen waarmee planten hun groei en ontwikkeling sturen teontrafelen.

"Biologen zijn nieuwsgierig naar patronen van cellen, zo begintonderzoeker Ben Scheres de uitleg van zijn vak. "Oftewel: waarom jehoofd boven zit en niet beneden."

Scheres die werkzaam is bij de vakgroep moleculaire celbiologiehaalt met instemming de beroemde ontwikkelingsbioloog Lewis Wolpertaan. "Als die aan studenten zijn vak uitlegt, zegt hij altijd:kijk, hier is mijn arm. Daar zitten allerlei soorten cellen in:botcellen, spiercellen, huidcellen etcetera. En hier is mijn been;daar zitten precíes dezelfde cellen in, toch ziet het ertotaal anders uit. Dat komt omdat de cellen ruimtelijk gezienanders zijn geordend; ze hebben een instructie meegekregen om datzo te doen."

Bij dieren dateren de eerste studies al van meer dan honderdjaar terug. Scheres heeft er bewust voor gekozen om naar planten tekijken omdat hij zich realiseerde dat er op dat gebied sprake wasvan een vacuüm. "De meercelligheid is tijdens de evolutie tweekeer uitgevonden; eerst bij dieren en driehonderd miljoen jaarlater hebben de planten dat nog eens over gedaan. Als we echt ietsover de ontwikkeling in de meest algemene zin willen leren moet erook meer naar planten gekeken worden, dat isduidelijk. Daar komtbij dat planten minder ingewikkeld in elkaar zitten dan veel dierenen dat hun cellen niet ten opzichte van elkaar bewegen. Dus is heteenvoudiger te beschrijven hoe uit één cel een hele plantontstaat."

Identiteit

"Mijn geluk is geweest dat ik begonnen ben met het juistesysteem", vertelt Scheres. "Er was al wel gewerkt aan de bloem vande zandraket, maar ik vond het niet leuk om achter anderen aan telopen, dus koos ik begin jaren negentig voor de wortel." Scheres enzijn collega's zagen direct dat de wortel van de zandraket heelsimpel en regelmatig in elkaar zat en dat ook bij ieder plantje hetcelpatroon in de wortel hetzelfde was. Scheres probeert met zijnteam afzonderlijke cellen te modificeren om erachter te komen wathun rol is in het groeiproces. Dat modificeren kan door middel vangenetische manipulatie; een andere methode is het 'wegbranden' vancellen met een laserstraal.

Om de verdere differentiatie en het pad van elke cel tijdens degroei onder de microscoop te kunnen volgen gebruiken ze genetische'etiketten', zogeheten reportergenen, die zijn op te sporen via eenkleuring of fluorescentie. Scheres: "We bouwen het reportergen opeen bepaalde plaats in het DNA van de plant. Als dat stuk DNA ineen bepaalde levensfase van de cel actief wordt, gaat ook hetreportergen reageren en weten wij via kleuring of fluorescentie inwelke fase de cel zich bevindt."

Scheres noemt al die foefjes met de plantencellen zijngereedschapskist. "Alleen is hij nog niet compleet; er moet nog eenstukje gereedschap bij. We willen namelijk met een fijne naaldstoffen rechtstreeks in een wortelcel kunnen spuiten. Dat blijktbij planten veel moeilijker dan bij dieren omdat ze een hardecelwand hebben. Glasnaalden breken gewoon af. We proberen het numet dure kwartspipetten die we dankzij het pioniergeld kunnenkopen."

Een belangrijk gegeven bij de ontwikkeling van zowel planten alsdieren is dat de cellen ieder hun eigen identiteit hebben die hunrol in het proces bepaalt. Scheres' groep ontdekte enkele jarengeleden dat de plaats waar een cel zich in de wortel bevindtcruciaal is voor zijn identiteit. Als je een cel wegbrandt,waardoor zijn buurcel er voor in de plaats komt, dan gaat diebuurcel zich zo gedragen als de gedode cel zich gedragen zouhebben. De omgeving zegt als het ware tegen de verschoven cel: jezit nu op die plaats en dan moet je ook het werk gaan doen wat bijdie plek hoort. De taal die de buren daarbij tegen elkaar sprekenis die van zogeheten signaalstoffen, die cellen onderlinguitwisselen.

"Wat we nu de komende jaren willen onderzoeken is hoe datnetwerk van signaalstoffen precies werkt op moleculair niveau",zegt Scheres. "Maar het probleem is dat je dat via genetischemanipulatie moeilijk kuntophelderen. Signaalstoffen zijn ergcruciaal voor de plant. Als je er één uitschakelt dooreen genetische modificatie, kan de schade al zo groot zijn dat deplant misschien niet eens meer een wortel kan maken. Dan kun je dusook niets onderzoeken. Gelukkig zijn er allerlei genetischetrucjes, waarmee je minder drastische veranderingen in het systeemkunt maken. Die kunnen toch laten zien dat een bepaald gen bij eensignaalstof is betrokken."

Puzzel

Hoewel dieren ingewikkelder in elkaar zitten, is het werk metplanten in bepaalde opzichten toch moeilijker. Scheres: "Bij hetdier is de ontwikkeling als het volgroeid is afgelopen, maar bij deplant blijft dat vermogen zijn hele leven aanwezig. Planten kunnenimmers niet bewegen en groei en ontwikkeling zijn dan eenbelangrijk overlevingsmechanisme. Als er op een plek weinig zon isen iets verder wel, dan treedt het ontwikkelingssysteem in actie engroeit de plant daar in een mum van tijd helemaal naar toe. Dat isongelooflijk."

"Maar dat brengt met zich mee dat je naar een organisme kijktdat óveral op reageert. Je moet dus opletten dat demodificaties die je ziet ook daadwerkelijk het gevolg zijn van jouwmanipulatie en niet van een toevalligheid. En de flexibiliteit vanplanten maakt het onderzoek ook moeilijk. Je haalt als onderzoekereen cel weg en wat gebeurt er? Binnen een dag zit er weer eennieuwe die hetzelfde doet."

Scheres en de zijnen staan nog maar aan het begin van eengigantische puzzel. Want signaalstoffen werken vaak in ketens: deene stof activeert de andere en die weer een volgende. "Om hetgeheel te begrijpen, moeten we alle elementen kennen en hun relatietot elkaar. Een heel gedoe lijkt dat. Maar je probeert natuurlijkeerst die vragen te beantwoorden die je meteen een grote stapvooruit brengen. Eigenlijk is het stellen van de juiste vraag nogbelangrijker dan het vinden van goede antwoorden."

Frans van Mieghem