Xiaowei Zhuang, hoogleraar chemische biologie aan de Harvard-universiteit in de Verenigde Staten, ontving in 2018 de Heinekenprijs voor de baanbrekende beeldvormingstechnieken die ze heeft ontwikkeld. Een daarvan is de techniek STORM.
Met normale lichtmicroscopie is het op héél kleine schaal niet mogelijk om dingen scherp te zien. Daardoor is het moeilijk om dingen die zich heel dicht bij elkaar bevinden van elkaar te onderscheiden. Je stuit op de zogeheten diffractielimiet: je kunt alleen dingen van elkaar onderscheiden die verder van elkaar afstaan dan de helft van de golflengte van het gebruikte licht.
Om kleinere structuren tóch zichtbaar te maken, maakt STORM slim gebruik van fluorescentie. Bij deze methode hang je een heleboel fluorescente labels op verschillende plekken aan de structuur die je wilt bekijken. Vervolgens zorg je dat die labels allemaal op willekeurige momenten gaan knipperen. Op elk moment zie je een aantal van deze ‘lampjes’ aan staan. Omdat maar een klein deel tegelijk aan staat, overlappen hun onscherpe schijnsels elkaar niet. Daardoor kun je eenvoudig de precieze locatie van de labels bepalen – die bevinden zich in het midden van zo’n schijnsel. Dit doe je voor een heleboel verschillende momenten. Vervolgens breng je de locaties van alle labels samen en komt de structuur tevoorschijn.
Mondscan kan tongkankerpatiënten met een spraakstoornis helpen
Met een volgsysteem van tong, lippen en kaak, legt taalwetenschapper Thomas Tienkamp de basis om mensen met spraakstoornissen beter te laten spreken.
STORM wordt veel gebruikt door onderzoekers over de hele wereld, en heeft vele ontdekkingen mogelijk gemaakt. ‘Een van onze eigen verrassendste ontdekkingen deden we toen we STORM gebruikten om axonen te bestuderen, de uitlopers van zenuwcellen’, vertelt Zhuang. ‘We zagen dat verschillende eiwitten samen een prachtige periodieke skeletstructuur vormden, een soort ruggengraat die de axonen stevigheid biedt. Toen ik voor het eerst over deze resultaten praatte, waren mensen heel verbaasd. Hoe kon zo’n bijzondere structuur gemist zijn? De reden is simpel: de afstand tussen de ringen is kleiner dan de diffractielimiet. Als je conventionele lichtmicroscopie gebruikt, kun je die structuur dus nooit zien. En zo zijn er nog allerlei andere voorbeelden van structuren die we nooit hadden kunnen zien zonder STORM.’
Momenteel werkt Zhuang eraan om met de techniek een nog veel kleinere schaal te kunnen bestuderen. ‘Toen we STORM voor het eerst publiceerden in 2006, hadden we een tien keer so hoge resolutie bereikt als met conventionele microscopie’, zegt Zhuang. ‘We konden op een schaal van zo’n 20 nanometer kijken. Daar kon je heel goed structuren zoals deze skeletstructuur mee in beeld brengen. Maar het was lastig om te zien hoe de interacties tussen biomoleculen verlopen, omdat deze moleculen vaak maar een paar nanometer groot zijn. Inmiddels hebben wij en andere labs de schaal steeds kleiner kunnen maken, en is het onderzoeksveld bij de nanometerschaal aanbeland – de schaal van moleculen’, zegt Zhuang. ‘Hopelijk kunnen we hiermee in de toekomst precies in kaart brengen welke moleculen interactie met elkaar hebben. Op die manier kunnen we de processen in cellen nog beter begrijpen.’
60 jaar Dr. H.P. Heinekenprijs voor de Biochemie en Biofysica
In 2024 vieren de Heinekenprijzen, de grootste internationale wetenschapsprijzen van Nederland, hun 60-jarige jubileum. Ter ere van dit jubileum duiken we in de geschiedenis van de prijs waar het mee begon: de Dr. H.P. Heinekenprijs voor de Biochemie en Biofysica. Wetenschappers die deze prijs de afgelopen 60 jaar ontvingen, ontrafelden onder meer de geheimen van DNA, cellen en eiwitten. Daarmee legden ze de basis voor nieuwe medische toepassingen.
Dit artikel kwam tot stand in samenwerking met de Stichting Alfred Heineken Fondsen.