‘Het is eigenlijk een soort back to the future’, zo vat hoogleraar Ontwikkelingsbiologie Joost Gribnau zijn nieuwste werk samen. Hij en zijn team ontwikkelden een technologie die het mogelijk maakt om te tijdreizen in het lichaam van een muis. Ze beschrijven hun ontdekking in het wetenschappelijke tijschrift Nature Biotechnology.
Gribnau vermoedt dat de tijdmachinemuis een gamechanger gaat zijn voor zijn vakgebied. ‘Dit is de eerste techniek die wetenschappers in staat stelt om terug te kijken in de tijd. We kunnen aan elke cel vragen hoe hij er dagen of weken geleden uit zag’, legt hij uit. Dat is met name interessant voor ontwikkelingsbiologen. Zij houden zich bezig met de vraag hoe stamcellen uitgroeien tot alle verschillende cellen waaruit een lichaam bestaat, zoals bloedcellen, huidcellen of zenuwcellen.
‘We kunnen aan elke cel vragen hoe hij er dagen of weken geleden uit zag’
Met de tijdmachinemuis kunnen wetenschappers die hele ontwikkeling in kaart brengen en nabootsen in een schaaltje. Dat laatste zou het begin kunnen zijn van nieuwe behandelingen, gebaseerd op stamcellen. ‘Denk bijvoorbeeld aan bloedstamcellen. Als we weten hoe stamcellen bloedstamcellen worden, kunnen we dat in het lab nabootsen. De bloedstamcellen kunnen we dan gebruiken voor een transplantatie bij patiënten met leukemie’, aldus Gribnau.
Vlaggetjesmachine
De technologie werkt met vlaggetjes. De wetenschappers maakten een vlaggetjesmachine door het moleculaire apparaat dat een cel gebruikt om actieve genen af te lezen, te combineren met een vlaggetjeszetter. Ieder gen dat actief is als de vlaggetjesmachine aanstaat, krijgt een vlaggetje. Wetenschappers noemen die vlaggetjes methylgroepen. De meeste vlaggetjes blijven zitten, ook als de cel een kopie van zijn DNA maakt om te gaan delen.
Op ieder moment in de ontwikkeling van de muis, kunnen de wetenschappers uitlezen welke genen op welk moment in de tijd een vlaggetje kregen. Zo reizen ze als het ware terug in de tijd: ze zien hoe bepaalde genen aanstaan in het begin van de ontwikkeling, later uitgezet worden en hoe andere genen aangaan. Zo kunnen ze afleiden hoe bijvoorbeeld een stamcel een darmcel wordt.
Iets geks doen
De ontdekking is een primeur. ‘Tot dusver is het niemand gelukt om alle actieve genen in alle cellen tegelijkertijd te volgen in de tijd. Dat lukt ons nu wel. Ik denk dat deze technologie van veel waarde zal zijn voor de ontwikkelingsbiologie, maar ook om bijvoorbeeld regeneratie en ziekteprocessen zoals kanker te leren begrijpen’, aldus Gribnau.
Het heeft de wetenschappers 18 jaar gekost om de tijdmachinemuis aan de praat te krijgen. ‘We moesten de techniek om de vlaggetjes uit te lezen helemaal zelf ontwikkelen’, vertelt Gribnau. Daarbij kwam een onverwachte nieuwe toepassing aan het licht (zie kader).
Dit verhaal laat volgens Gribnau zien hoe belangrijk het is om structureel te investeren in fundamenteel onderzoek. ‘Ik ben ermee begonnen vanuit de gedachte: laat ik zelf ook iets geks doen, naast de focus van mijn onderzoeksgroep. Ik ben daar structureel geld in blijven stoppen. Hier zie je wat dat kan opleveren: technologieën, zoals MeD-seq die direct toepasbaar is zijn het ziekenhuis. Ik hoop dat veel collega’s het gaan gebruiken om mooie dingen te doen.’
Toevalsontdekking
Toen de onderzoekers bezig waren de vlaggetjes van de tijdmachinemuis uit te lezen, deden ze een toevalsontdekking. De helft van de vlaggetjes die ze vonden leek op ruis, dus die gooiden ze weg. Tot promovendi en broers Ruben en Joachim Boers een ingeving kregen: wat als dit geen afval is? Zij hadden gelijk: de ruisvlaggetjes waren de vlaggetjes die van nature al op het DNA zitten. Dit wordt DNA-methylering genoemd. Het uitlezen van methylering is bijvoorbeeld belangrijk in het kankeronderzoek. De onderzoekers publiceerden hun methode in 2018 en richtten een bedrijf op: Methylomics. Inmiddels gebruiken ze de zogeheten MeD-seq-techniek al in meer dan 80 samenwerkingen.
