Nobelprijs voor het temmen van de evolutie

Frances Arnold is de vijfde vrouw die de Nobelprijs voor scheikunde krijgt. Beeld EPA

Drie chemici krijgen dit jaar de Nobelprijs, omdat ze de evolutie naar hun lab haalden om nieuwe producten te maken.

Het Nobelcomité eert Frances Arnold (VS, 1956), George Smith (VS, 1941) en Gregory Winter (VK, 1951) omdat “ze de kracht van de evolutie hebben aangewend. Ze hebben enzymen omgebouwd, zodat er van alles mee gemaakt kan worden, van biobrandstoffen tot geneesmiddelen.” Arnold is de vijfde vrouw die de chemieprijs krijgt, na Marie Curie (1911) en haar dochter Irène (1935), Dorothy Hodgkin (1964) en Ada Yonath (2009).

Enzymen zijn de werkpaarden van het leven. Ze sturen biologische reacties, en knippen en plakken moleculen in nieuwe, gewenste vormen. In de beginjaren van de biotechnologie probeerden wetenschappers de structuur van enzymen te doorgronden en uit te vissen hoe ze eraan konden sleutelen, zodat ze in andere processen gebruikt kunnen worden.

Maar enzymen zijn uitermate complex. Ze bestaan vaak uit duizenden aminozuren en zijn ook nog op een speciale manier gevouwen. Begin jaren negentig besefte Frances Arnold van de Universiteit van Berkeley dat ze de evolutie aan het werk moest zetten. Evolutie was immers het mechanisme, waarmee het leven op aarde zich aan allerlei omstandigheden had weten aan te passen en zijn enorme diversiteit had gekregen.

Voor zij dat besefte, had Arnold jaren tevergeefs geprobeerd aan een bepaald enzym (subtilisine) te sleutelen, zodat het in een organisch oplosmiddel actief werd, in plaats van in water. Nu fabriceerde ze een trits mutaties van de genetische code van het enzym en bouwde die in bij de bacterie die het enzym produceert. En ze zette al die gemuteerde bacteriën in het oplosmiddel aan het werk – waar het enzym melkeiwitten moest afbreken.

Ze viste de beste kandidaten eruit en introduceerde een nieuwe reeks van mutaties. Na drie rondes had ze een variant in handen die 256 keer zo krachtig was als het origineel. Deze aanpak is sindsdien geperfectioneerd en wordt nu toegepast bij de productie van medicijnen, groenere plastics en biobrandstoffen.

Bacteriofagen

De twee andere winnaars, George Smith en Gregory Winter, gebruikten 'bacteriofagen' – virussen die bacteriën infecteren. De oorspronkelijke vraag was: hoe weet je welk gen verantwoordelijk is voor welk eiwit? Smith bedacht dat je zo’n gen in een faag moest inbouwen, er een bacterie mee moest besmetten, waarna de ‘zieke’ bacterie nieuwe fagen produceerde met het betreffende eiwit in hun mantel. Met een antilichaam (dat precies koppelt aan een eiwit) viste hij gen én eiwit – het een in de faag, het ander op de mantel – eruit.

Winter ten slotte gebruikte de techniek van Smith om met allerlei fagen diverse antilichamen te produceren. Hij legde een hele bibliotheek van miljarden fagen aan, waarin je het perfecte antilichaam kon vinden. Die zijn sindsdien verder ontwikkeld tot medicijnen, onder andere tegen kanker.

De helft van de prijs en het geldbedrag van 870.000 euro gaat naar Arnold, Smith en Winter delen de andere helft. De Nobelprijzen worden op 10 december in Stockholm uitgereikt.

Nog een kanshebber

Als hij niet in 2013 was overleden, had Pim Stemmer waarschijnlijk gedeeld in deze Nobelprijs voor de scheikunde. De Nederlandse Amerikaan heeft het idee van Frances Arnold verder ontwikkeld tot succesvolle en winstgevende biotechnologie. Stemmer studeerde biologie aan de Universiteit van Amsterdam. Hij stak direct na zijn afstuderen in 1980 de oceaan over om in de VS te promoveren. Hij ontwikkelde zich tot topwetenschapper.

Het was de periode waarin de kennis van genetica en DNA werd omgezet in technologieën om DNA te manipuleren. Stemmer ontwikkelde onder meer een techniek om in de reageerbuis genetische eigenschappen van bacteriën te mengen en verbeterde enzymen te maken voor tal van toepassingen. Stemmer overleed op 56-jarige leeftijd, en had in de VS tal van onderscheidingen ontvangen en ondernemingen opgericht.

Lees ook: 

Nobelprijswinnaars begrepen dat bij kanker de rem eraf moest

De Nobelprijs voor geneeskunde is dit jaar toegekend aan twee wetenschappers voor hun bijdrage aan immuuntherapie tegen kanker. De Amerikaan James Allison en de Japanner Tasuku Honjo ontdekten allebei een eiwit op afweercellen dat als een rem fungeert. Zij begrepen dat ze bij kanker die rem eraf moesten halen.

Seks in de reageerbuis

Een artikel uit de oude doos over de in 2013 overleden Pim Stemmer en zijn onderzoek naar een nieuwe techniek waar de hele biotechnologische industrie op zat te wachten. 

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden