Eiwitchips

De voltooiing van het Human Genome Project vorig jaar betekende een mijlpaal in de geneeskunde. Het gedetailleerd in kaart brengen van de hele set menselijke genen was een project van tien jaar waaraan werd gewerkt door enkele van de knapste koppen in de biologie. Maar in veel opzichten was dit slechts het begin van de echte medische uitdaging: het begrijpen van de ongeveer miljoen eiwitten die de moleculaire werkpaarden van het menselijk lichaam zijn. Genen zijn eigenlijk gewoon de programmeercode die cellen vertelt hoe ze eiwitten moeten synthetiseren; bijna alle biologische actie vindt plaats tussen deze grote, complexe moleculen.

Wanneer eiwitten zich misdragen, kunnen ze onze gezondheid op talloze manieren vernietigen, van de amyloïde-eiwitten die de hersenen van Alzheimerpatiënten opslokken tot de eiwitten die een op hol geslagen kankercelgroei veroorzaken. Een effectievere bestrijding van ziekten betekent meer grip krijgen op hoe eiwitten werken en op elkaar inwerken - en falen. De belangrijkste opkomende hulpmiddelen bij het lezen van de enorme eiwitbibliotheek zijn micro-arrays, kleine chips met duizenden eiwitmonsters die snel en goedkoop kunnen worden geanalyseerd. Hier zullen mensen antwoorden krijgen over hoe ziekten zich ontwikkelen, hoe medicijnen werken en hoe nieuwe medicijnen te vinden, zegt Peter Wagner, technisch directeur van Zyomyx, een startup met eiwitchips uit Hayward, CA.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van mei 2001

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Zyomyx heeft bijna een dozijn concurrenten, waaronder Large Scale Proteomics, Ciphergen Biosystems, Packard BioScience en Phylos. De eerste producten van de industrie worden over een jaar op de markt verwacht, en hoewel de technologieën variëren, zijn de nieuwe biochips over het algemeen tweedimensionale rasters van eiwitten of eiwitfragmenten die aan een stevige drager zijn bevestigd.

Wanneer de eiwitmicroarray wordt blootgesteld aan biochemicaliën of oplossingen van andere eiwitten, zullen sommige van die moleculen blijven kleven en andere wegspoelen; degenen die blijven plakken, kunnen worden geïdentificeerd door verschillende markeringen, zoals fluorescerende tags. Moleculen die sterk hechten aan specifieke eiwitten zijn waardevolle aanknopingspunten in de zoektocht naar nieuwe medicijnen, omdat dat bindende vermogen geneesmiddelen effectief maakt. En voor diagnostiek kan het meten van abnormaal hoge hoeveelheden veelbetekenende eiwitten in een bloedmonster met behulp van deze biochips een snelle methode zijn voor vroege detectie van hartaanvallen en kanker.

Het idee van microchips is niets nieuws in de biologie. De productie van DNA-chips is sinds het begin van de jaren negentig een van de meest populaire gebieden van biotech geweest, toen innovatieve onderzoekers de robotica en lithografische patroontechnologie gebruikten die werden gebruikt bij het maken van siliciummicro-elektronica en deze toepasten op DNA-analyse. Ze waren in staat om duizenden stukjes genetisch materiaal aan glasplaatjes of plastic wafels te bevestigen en deze chips te gebruiken om DNA in een interessant monster te identificeren. Deze DNA-chips worden nu veel gebruikt in medisch onderzoek.

Maar het maken van een eiwitchip is veel vervelender. Hoewel DNA behoorlijk stevig is, zijn eiwitten krimpende viooltjes. Eiwitten zijn prachtig gevouwen reeksen van subeenheden die aminozuren worden genoemd, en veel van wat eiwitten doen, hangt af van het precieze driedimensionale patroon waarin de reeks zich vouwt. Buiten een beperkt aantal omgevingscondities zullen eiwitten denatureren - de aminozuurketen zal zijn driedimensionale structuur verliezen en instorten als een stapel te gaar gekookte spaghetti. Bij het maken van microarrays moeten onderzoekers de eiwitten de hele tijd in een waterige oplossing op precies de juiste temperatuur houden.

Ondanks deze uitdagingen ontvouwt de toekomst van eiwitbiochips zich snel. Er is overal in de [biotech]-industrie een duidelijk begrip nu je je moet concentreren op eiwitten, zegt Wagner van Zyomyx. Volgens een recent rapport van BioInsights, een biotechnologisch adviesbureau in Redwood City, CA, zal de verkoop van eiwitbiochips in 2006 waarschijnlijk tot een half miljard dollar stijgen.

En de uiteindelijke impact van de technologie kan tot ver buiten de biologische onderzoeksgemeenschap worden gevoeld. Nuttige eiwitchips voor diagnostiek zouden over een paar jaar beschikbaar moeten zijn, zegt N. Leigh Anderson, CEO van Large Scale Proteomics. Het duurt niet zo lang als sommige mensen denken. Dat is misschien een optimistische prognose, maar als hij gelijk heeft, kunnen pakjes kleine eiwitchips binnenkort net zo alomtegenwoordig zijn als tongspatels of rubberen handschoenen in de spreekkamer.

zich verstoppen