Credits: Ian Haydon (Instituut voor Eiwitontwerp)
Credits: Ian Haydon (Instituut voor Eiwitontwerp)

Onderzoekers ontwikkelen unieke, kleine ‘molecule detectives’

Gaten prikken door membranen met atomaire nauwkeurigheid om 'moleculedetectives' in zakformaat te bouwen

Brussel 19/07/2024 – Brusselse en Amerikaanse onderzoekers zijn erin geslaagd om zelf nieuwe, artificiële nanoporiën te maken. Een team onder leiding van professor Anastassia Vorobieva (VIB-VUB Centrum voor Structurele Biologie) kon een blauwdruk ontwerpen op basis waarvan de onderzoeksgroep van de Amerikaanse professor David Baker zelf nanoporiën heeft ontwikkeld. Onder wetenschappers worden nanoporiën gezien als een cruciaal onderdeel van de analytische biologie. Dit onderzoek effent immers het pad voor het optimaliseren van verschillende soorten onderzoeksapparatuur.

Wat zijn nanoporiën?

Nanoporiën zijn minuscuul kleine openingen in een celmembraan, opgebouwd uit tunnel-vormende eiwitten. Door hun kleine opening en unieke vorm, kunnen er slechts specifieke moleculen doorheen de nanoporie migreren. Dit gebeurt via een verschil in elektrisch veld langs beide kanten van het membraan. Door elektrochemische veranderingen te meten wanneer een molecule door de porie migreert, kan bepaald worden om welk molecule het gaat. Zo kunnen nanoporiën gebruikt worden om DNA te lezen of om bepaalde moleculen in een cel op te sporen.

Hoewel het gebruik van nanoporiën een enorm potentieel heeft in de analytische biologie, zijn er grote uitdagingen. Het ontwikkelen van nieuwe poriën met nieuwe functies beperkt zich momenteel tot eiwitten die in de natuur voorkomen. Die eiwitten zijn vaak geëvolueerd om compleet andere functies uit te voeren dan wat de onderzoekers willen. Voor veel wetenschappers geldt het zelf kunnen ontwikkelen van nanoporiën als een van de belangrijkste en zelfs meest cruciale uitdagingen binnen de analytische biologie.

Zelf nanoporiën maken

Onderzoekers van het VIB-VUB Center voor Structurele Biologie onder leiding van professor Anastassia Vorobieva, samen met collega’s van de University of Washington School of Medicine, hebben nu met behulp van artificiële intelligentie zelf nanoporiën ontworpen. Meer bepaald tekende het labo van Prof. Anastassia Vorobieva de blauwdruk van de nanoporie uit. Op basis daarvan kon het labo van professor David Baker de nanoporie daadwerkelijk ontwikkelen en testen. ​ Niet alleen konden de onderzoekers zelf de vorm, grootte, en geleiding van de porie bepalen, de metingen van de elektrochemische veranderingen was ook veel duidelijker met minder achtergrondruis. Dit opent de deur naar het ontwerpen van een hele reeks aan nieuwe nanoporiën voor allerlei toepassingen in de toekomst.

“Deze ontwikkeling zijn enorm opwindend. Toen we met het idee op de proppen kwamen om zelf nanoporiën te ontwikkelen dachten veel andere wetenschappers dat het onmogelijk zou zijn. Het ontwerpen en ontwikkelen van de onderdelen van zo’n nanoporie is namelijk bijzonder complex. We hebben nu toch het tegendeel kunnen bewijzen.” – Dr. Anastassia Vorobieva.
Professor Anastassia Vorobieva, VIB-VUB Center for Structural Biology
Professor Anastassia Vorobieva, VIB-VUB Center for Structural Biology

Molecule detectives

In een volgende stap werd getest of een zelfontworpen nanoporie in staat zou zijn om kleine celmolecules op te sporen. De mogelijkheid om zulke stoffen te detecteren kan bijvoorbeeld interessant zijn bij de diagnose van allerlei aandoeningen in patiënten waarvoor momenteel nog grote labo’s met hoogtechnologische opstellingen voor nodig zijn. Geen eenvoudige opgave, want de interacties tussen de verschillende onderdelen van zo’n opstelling zijn bijzonder complex. Toch zijn de onderzoekers erin geslaagd om een succesvolle nanoporie te ontwikkelen die zo een klein molecule kan detecteren. Deze resultaten zijn een belangrijke stap in de analytische biologie. In de verre toekomst hopen de wetenschappers dan ook dat hun nanoporie-onderzoek kan bijdragen tot de ontwikkeling van kleinere en toegankelijkere apparatuur voor de diagnose van ziekten.


Financiering en Samenwerkingen

De onderzoekspaper, “Sculpting conducting nanopore size and shape through de novo protein design,” verschijnt bij Science in de editie van 19 juli. Het onderzoeksteam omvat wetenschappers van het VIB-VUB Centrum voor Structurele Biologie, UW Medicine, University of Virginia School of Medicine, University of Leeds, en University of Basel. Computationele middelen en diensten die voor dit onderzoek warden gebruikt werden aangeleverd door het VSC (Vlaams Supercomputer Centrum), gefinancierd door het Fonds Wetenschappelijk Onderzoek (FWO) en de Vlaamse Overheid. Het onderzoeksteam werd gefinancierd via een FWO-EOS beurs.


Sculpting conducting nanopore size and shape through de novo protein design. Berhanu, Majumder, Müntener, Whitehouse, et al. Science, 2024.

DOI: 10.1126/science.adn3796


Joran Lauwers

Joran Lauwers

Press Contact, VIB

Delen

Meest recente verhalen

Onderzoekers van VIB en KU Leuven ontdekken waarom een verandering in één gen de ontwikkeling van onze hersenen kan verstoren

Onderzoekers van VIB en KU Leuven ontdekken waarom een verandering in één gen de ontwikkeling van onze hersenen kan verstoren

Leuven, 4 november 2026 - Waarom zijn onze hersenen kwetsbaarder voor genetische aandoeningen dan die van andere zoogdieren? In de zoektocht naar een antwoord op deze vraag, legden onderzoekers van VIB en KU Leuven een belangrijk stukje van de puzzel bloot. Hun bevindingen, gepubliceerd in het vakblad Developmental Cell, tonen hoe veranderingen in het gen ASPM de ontwikkeling verstoren van jonge hersencellen die nodig zijn om onze hersenen te laten groeien. Zo verklaren de onderzoekers waarom fouten in dit gen microcefalie kunnen veroorzaken, een aandoening waarbij de hersenen en het hoofd kleiner zijn, vaak in combinatie met een verstandelijke beperking. “Onze hersenen ontwikkelen zich anders dan bij andere zoogdieren”, zegt Prof. Pierre Vanderhaeghen (VIB-KU Leuven Centrum voor Neurowetenschappen). “In dit geval wordt een cellulair proces verstoord dat heel belangrijk is voor de ontwikkeling van onze hersenen.”

press.vib.be

Signalen van afweercellen blokkeren maakt verwijderen agressiefste hersentumor makkelijker

Signalen van afweercellen blokkeren maakt verwijderen agressiefste hersentumor makkelijker

Ontdekking door onderzoekers van VIB en KU Leuven wijst op een mogelijke nieuwe behandelingsstrategie

press.vib.be

VIB viert dertig jaar wetenschap en impact

VIB viert dertig jaar wetenschap en impact

Jubileumviering in Antwerpse Koningin Elisabethzaal brengt wetenschappers, ondernemers en beleidsmakers samen en zorgt tegelijk voor twee primeurs

press.vib.be

Over VIB Pers

VIB is een onafhankelijk onderzoeksinstituut dat inzichten in de biologie vertaalt naar impactvolle innovaties voor de samenleving. Het werkt samen met de vijf Vlaamse universiteiten en diverse partners in de biotechsector en doet onderzoek in plantenbiologie, kanker, neurowetenschap, microbiologie, ontstekingsziekten, artificiële intelligentie en meer. VIB verbindt wetenschap met ondernemerschap en stimuleert zo de groei van de Vlaamse biotech. Het instituut draagt bij aan oplossingen voor maatschappelijke uitdagingen, zoals nieuwe methoden voor diagnose en behandeling en landbouwinnovaties. 

Meer info op www.vib.be. 

Neem contact op met

Suzanne Tassierstraat 1 9052 Zwijnaarde

+32 9 244 66 11

communications@vib.be

vib.be