Heel de worm van wieg tot graf

Amsterdamse fysici hebben een opstelling waarin ze de hele groei van de veelgebruikte proefworm C.elegans op celniveau kunnen vastleggen. Biologen staan ervoor in de rij.

Jeroen van Zon, onderzoeker van het FOM-instituut Amolf in Amsterdam, bekijkt met een microscoop de C.elegans Beeld Guus Dubbelman
Jeroen van Zon, onderzoeker van het FOM-instituut Amolf in Amsterdam, bekijkt met een microscoop de C.elegansBeeld Guus Dubbelman

Jawel, zegt onderzoeker Jeroen van Zon van het FOM-instituut Amolf in Amsterdam, hij heeft een zwak voor ze. Op een beeldscherm in zijn verduisterde lab is op dat moment te zien hoe een microscopisch wormpje zich in bochten wringt in een vierkant kamertje met de doorsnede van een menselijke haar. De lange pipetvormige mond tast en zoekt, in de kaken daarachter lijkt een soort zuigertje panisch heen en weer te gaan en soms schiet er iets donkers door de darm richting staart, voorbij de inwendige geslachtsorganen. Kijk, wijst Van Zon enthousiast, hij gaat zo poepen.

Van Zon en zijn team publiceerden afgelopen week een artikel in Nature over een nieuwe techniek om de ontwikkeling van het bekende proefdier C.elegans in volledig detail te volgen. Van eitje tot volwassen exemplaar, dat een millimeter meet en precies 959 cellen telt. Dat gebeurt op een semi-automatische manier door elke twintig minuten een microscoopfoto te maken van alle honderd met één worm gevulde kamertjes op een polyacrylaat chipje. Daarbij leveren lasers een korte blauwe flits om fluorescerende eiwitten in de cellen van de wormpjes te laten opgloeien. Op de foto's zijn alle afzonderlijke cellen in elke worm te zien. Een filmpje van alle portretjes achter elkaar toont in een minuut de groei in twee dagen van ei naar volwassen dier.

Op zich, zegt Van Zon, lijkt het misschien vreemd om anno 2016 met de groei van C.elegans nog een topblad als Nature te halen. In 2002 kregen Sydney Brenner en twee collega's immers al een Nobelprijs voor de groei van cel tot cel van het overzichtelijke wormpje. Maar dat was destijds de uitkomst geweest van een onvoorstelbare puzzel van de stadia van oneindig veel exemplaren. Met de technieken van de Amsterdammers is voor het eerst de groei van een individueel exemplaar van begin tot eind te volgen en vast te leggen. 'Het gaat zo goed dat we moeten oppassen niet in de data om te komen', zegt Van Zon. Er zijn inmiddels meer ontwikkelingsbiologen die met zijn groep willen samenwerken dan hij aankan.

De ontwikkeling van het wormpje in een 'kamertje' Beeld .
De ontwikkeling van het wormpje in een 'kamertje'Beeld .

Modeldier

C.elegans is een veelgebruik modeldier in de ontwikkelingsbiologie, omdat er op celniveau naar genetische signalen en de timing van veranderingen kan worden gekeken. Dat speelt zelfs bij de mens, waar bijvoorbeeld het wisselen van het melkgebit zo'n keurig getimede omwenteling is.

Voor Van Zon zelf, ooit opgeleid als theoretisch statistisch fysicus maar gegrepen door de biologie, is de belangrijkste onderzoeksvraag al jaren óf en hoe toeval een rol speelt in de groei van het diertje. 'Verreweg de meeste stappen verlopen volgens een vast programma. Maar er zijn een paar momenten waar naburige cellen per toeval lijken te beslissen wie wat wordt. Onze vraag is waar die toevalsfactor vandaan komt.'

Met de klassieke methoden was die vraag onmogelijk in een normaal tijdsbestek te beantwoorden. Dat, zegt Van Zon, was een belangrijke drijfveer een snelle en automatische methode te vinden om groeidata te verzamelen. De truc met de afgesloten microscopische kamertjes is de uitwerking van eerdere pogingen om wormpjes in smalle kanaaltjes vast te zetten met vloeistofstromen. Te gecompliceerd en stressvol voor de wormen, concludeerde van Zon. Nu gebruikt hij beeldsoftware om elke foto van een opgesloten worm digitaal uit te strekken en de celstructuren te herkennen, hoe hij zich ook in bochten wringt bij elke opeenvolgende opname.

Maar veel blijft toch nog gewoon monnikenwerk, laat Van Zons van huis uit Italiaanse promovendus Nicola Gritti zien. Ingespannen tuurt hij in de microscoop en gebruikt een pipetje om van een kweekplaatje een druppel bacteriesoep op te pikken en telkens precies één C. elegans eitje. Met nauwelijks zichtbare handbewegingen deponeert hij die vervolgens in een van de kamertjes op een chip ernaast. Met het blote oog is er allemaal niks van te zien.

Voor nog meer precisie is er aan het pipet een haar gelijmd, wijst groepsleider Van Zon, die zelf naar eigen zeggen te onhandig is voor dit fijne handwerk. 'Om precies te zijn gebruiken we een wimper van een van de post-docs hier. Die blijken ideaal. Als ze binnenkort vertrekt, zullen we er voor de zekerheid een paar extra uittrekken, denk ik zo.'

Meer over