De met rood doorspektequotes die je gebruikt ondersteunen die je eigen ideeen hierover? Of is het om aan te geven hoe minder ingelichten hierover kunnen filosoferen?
Hieronder een beetje waargenomen evolutie in vivo
Met evolutie kun je slimmer eiwitten ontwerpen!
SAMENVATTING
Evolutie blijkt een betere ontwerper te zijn dan de knapste koppen met hun modelleerprogramma's. Vermenigvuldiging met foutjes zorgt voor variatie. En selectie doet de rest. In de biologie heeft evolutie zich ruimschoots bewezen als "intelligente ontwerper". Wetenschappers bootsen nu veelvuldig de evolutie na voor het maken van nieuwe geneesmiddelen of handige enzymen.
Biologen zien evolutie als het mechanisme waardoor alle levensvormen en hun complexe eiwitten zijn ontstaan. Verreweg de meeste functies in en buiten de cel worden uitgevoerd door eiwitten die specifiek aan andere eiwitten binden. Dat geldt onder normale omstandigheden, maar ook in de strijd tegen ziekten. Eiwitten zijn daarom uitermate geschikt voor het maken van een nieuw geneesmiddel. Voorwaarde is wel dat je een eiwit ontwerpt dat specifiek aan het gewenste eiwit kan binden. Hiervoor worden soms computermodellen gebruikt. In die computermodellen wordt de 3 dimensionale structuur van een eiwit neergezet, mits die bekend is natuurlijk (van de meeste eiwitten is die overigens nog niet bekend). Vervolgens kan men berekenen hoe een nieuw eiwit eruit moet zien om aan het bekende eiwit te binden. Dit is echter een erg langdurige en ingewikkelde opgave met de huidige kennis en technieken. Een andere mogelijkheid is dat we de natuur voor ons karretje spannen en evolutie gebruiken om nieuwe eiwitten te ontwerpen.
Selectie van antistoffen in een reageerbuis
De eenvoudigste manier om evolutie na te bootsen in het lab is de variatie te nemen uit de natuur. Ieder mens of dier heeft een hele grote verzameling van naïeve (ongebruikte) antistoffen. Deze zijn nodig om antistoffen te kunnen maken tegen vrijwel elke ziekteverwekker die bestaat of die je nog gaat tegenkomen. Antistoffen bestaan uit twee functionele delen: een variabel deel en een constant deel. Het variabele deel herkent het antigeen (bijvoorbeeld een virus), vandaar dat elke naïeve antistof anders is in het variabele deel. Om de binding van de antistof aan het antigeen te kunnen gebruiken voor een bepaalde actie, bevatten antistoffen ook een constant deel. Bij naïeve antistoffen is dit constante deel overal hetzelfde, maar als een antistof geselecteerd wordt voor een bepaalde functie wordt er een nieuw constant deel aan gekoppeld. In het totaal zijn er een stuk of 10 verschillende varianten die de functie van een antistof bepalen. Zo zijn er constante delen voor het binden aan cellen die de ziekteverwekker gaan doden, of voor het binden aan complement dat ook de ziekteverwekker doodt, maar dan op een andere manier.
De interessante variatie van naïeve antistoffen zit in het variabele deel. De totale hoeveelheid verschillende antistoffen kan oplopen tot ongeveer 10 miljard. Die grote verzameling moet je zien als een bibliotheek van antistoffen. De naïeve antistoffen zijn te isoleren uit witte bloedcellen (B-lymfocyten) die je vindt in het bloed en de milt. Via moleculair biologische technieken kun je het variabele deel van die antistoffen tentoonstellen op fagen; dit heet faag display. Fagen zijn virussen die bacteriën infecteren en zich in die bacteriën vermenigvuldigen. Voor faag display wordt DNA (erfelijk materiaal) dat codeert voor het variabele deel van een antistof geplakt aan het faagDNA dat codeert voor een eiwit aan de buitenkant van de faag. Op die manier komt de antistof aan de buitenkant van de faag terecht. De antistof is nu als het ware tentoongesteld (engels: display). In werkelijkheid doet men dit niet met het DNA van 1 antistof op 1 faag, maar met het DNA van miljarden antistoffen op miljarden fagen tegelijkertijd. Iedere faag heeft dus 1 unieke antistof, en de verzameling fagen is als een bibliotheek van antistoffen. Zo hebben we dus een bibliotheek met 10 miljard verschillende antistoffen die net zo gemakkelijk te vermenigvuldigen is als een bacteriekweek.
AFB 1: Selectie in een reageerbuis: Dit voorbeeld laat een groep willekeurig gemaakte eiwitjes zien bestaande uit 10 aminozuren (gekleurde vierkantjes). Stel dat er geselecteerd wordt op de rode aminozuren en roodachtige (oranje) liever dan andere kleuren. Dan volgt na de selectie (onder in de figuur) een verrijking van eiwitten met rode aminozuren (meer rode en roodachtige vierkantjes in B dan in A).
Nu hebben we dus miljarden spreekwoordelijke spelden (antistoffen) in een denkbeeldige hooiberg (faag display bibliotheek). En we zijn maar in enkele van die spelden geïnteresseerd. Daarom moeten we nu slim gaan selecteren. De faag display bibliotheek ondergaat verschillende selectieronden zodat we de antistoffen krijgen waar we naar op zoek zijn. In afbeelding 1 laat in een versimpelde versie zien hoe een selectieproces leidt tot verbetering van de fagen. Faag display bestaat meestal uit rondes met negatieve en positieve selectie (afbeelding 2). Eerst wordt negatief geselecteerd: de fagen worden toegevoegd in een klein reageerbuisje waar van alles in zit waar de fagen niet aan zouden moeten binden. Vele fagen zullen toch ergens aan binden, bijvoorbeeld omdat ze erg plakkerig zijn of omdat ze aan algemene biologische structuren (bijvoorbeeld een stukje celmembraan) binden.
De niet-bindende fagen worden weer uit het reageerbuisje gehaald en overgebracht naar een tweede reageerbuisje voor positieve selectie. In dit tweede buisje zit datgene waar je wilt dat de fagen wel aan binden (vaak een eiwit specifiek voor een bepaald type cel). Weer worden de niet-bindende fagen eruit gehaald, maar nu gaat de onderzoeker verder met de fagen die wel binden en dus in de reageerbuis blijven zitten. Eerst wordt de inhoud van de buis nog eens goed gewassen, zodat alle fagen die niet echt goed blijven plakken weggespoeld zijn. Dan worden de fagen los gemaakt uit de reageerbuis met een zuur. Vervolgens worden de positief geselecteerde fagen opgekweekt met bacteriën om weer grotere aantallen fagen te krijgen. Deze ronden van afwisselende negatieve en positieve selectie worden meestal 3 of 4 keer herhaald. Na de selectieronden worden de fagen uitverdund en uitgespreid over een plaat met bacteriën. Hierdoor ontstaan tal van koloniën die ieder afkomstig zijn van slechts een enkele faag.
AFB 2: Selectie-ronde in faag display: Het eerste plaatje laat de start bibliotheek in een selectie-ronde voor de faag display zien (A). Op deze bibliotheek wordt negatieve selectie toegepast (B). Na de negatieve selectie zijn de fagen die ongewenst binden achtergebleven in het reactievaatje (C). Deze fagen worden gebruikt voor positieve selectie op het wel binden aan het gewenste eiwit (D) en worden de niet-bindende fagen weggewassen. Dan worden de geselecteerde fagen vrijgemaakt (E). Vervolgens worden de geselecteerde fagen vermenigvuldigd (F) voor bijvoorbeeld een nieuwe selectieronde. Dat vermenigvuldigen gaat eenvoudig omdat de fagen bacteriën infecteren en dus in een bacteriekweek groeien
Afbeelding 3 laat zien hoe elke selectieronde de uitkomst perfectioneert. Hierbij is echter wel uitgegaan van een oneindig grote uitgangsbibliotheek. Indien de uitgangsbibliotheek niet oneindig is, maar zoals in de praktijk bijvoorbeeld 10 miljard verschillende fagen, dan bepaalt de grootte van je uitgangsbibliotheek wat de maximum bereikbare verrijking is. Dus in ons voorbeeld is de beste faag-antistof de beste van de 10 miljard oorspronkelijk aanwezige faag-antistoffen. Na 3 of 4 selectieronden heb je de beste antistoffen uit de oorspronkelijke bibliotheek geselecteerd. Deze antistoffen komen overeen met de eerste antistoffen die je lichaam maakt naar een infectie, aangezien ook deze antistoffen zijn geselecteerd uit een bibliotheek van ongeveer dezelfde grootte. Onderzoekers kunnen echter met faag display nog betere antistoffen maken door mutaties aan te brengen of door seks (beiden worden verderop in de tekst uitgelegd).
AFB 3: Effect van meerdere selectieronden op verrijking van de goede variant. Op de x-as staat voor eiwitten met 10 aminozuren, hoeveel van deze bouwstenen goed zijn (0 t/m 10). Op de y-as staat elk aantal goede aminozuren, hoe groot hun aandeel in de totale groep eiwitten is (0.1 komt overeen met 10% van alle eiwitten). De verschillende kleuren laten zien hoe de verdeling er uit ziet na een verschillend aantal selectie ronden. Deze afbeelding laat zien dat voor het begin van de selecties vrijwel alle eiwitjes 0 of 1 goede aminozuren hebben (0 selecties). Na elke selectiestap krijgt een steeds grotere fractie van eiwitjes meerdere goede aminozuren.
Waarom maken onderzoekers antistoffen in een reageerbuis?
Antistoffen zijn eiwitten die heel specifiek binden aan een bepaald eiwit. Daardoor kunnen antistoffen nuttig zijn als geneesmiddel tegen bijvoorbeeld een virus of een bacterie. Het toedienen van specifieke antistoffen heet passieve immunisatie. Ook kunnen enkele heel specifieke antistoffen worden gebruikt om kankercellen op te sporen en ook voor de therapie tegen kanker. Voor dit doeleinde worden antistoffen gemaakt in dieren. Maar het kan dus ook zonder dieren in een reageerbuisje met behulp van fagen. Het principe van faag display lijkt heel sterk op het idee achter de selectie van antistoffen in een mens of dier. Terecht kan dan ook de vraag worden gesteld, waarom onderzoekers soms faag display gebruiken in plaats van antistoffen-productie in dieren. Hieronder staan de voordelen van Faag display:
1) Geen gebruik van proefdieren.
2) Er is maar heel weinig antigeen nodig om een antistof te maken.
3) Je kunt antistoffen maken tegen eiwitten die sterk lijken op de eigen eiwitten. In dieren kan dit niet omdat het schadelijk is voor het dier. Het afweersysteem keert zich dan namelijk tegen de lichaamseigen eiwitten.
4) Je kunt ook menselijke antistoffen maken. Dierlijke antistoffen zijn nooit exact gelijk aan menselijke antistoffen. Het verschil zit in het constante deel. Tegen dit andere constante deel van dierlijke antistoffen kun je dan zelf antistoffen maken, waardoor de therapeutische antistoffen sneller worden opgeruimd. Daardoor werken dierlijke antistoffen minder goed als geneesmiddel.
5) Je kunt selecteren op antistoffen die juist nergens aan binden (in geval van ongewenste kruisreactiviteit). Bij het maken van antistoffen in dieren kun je alleen kiezen aan welke cel of antigeen een antistof moet binden. Dit is het antigeen dat de onderzoeker in het dier inspuit om de antistoffen te maken. Soms krijg je echter kruisreactiviteit, dat wil zeggen dat de antistoffen ook binden aan structuren op andere cellen of andere eiwitten dan dat je wilt. Dit valt met dierlijke antistofproductie niet te voorkomen. Met faag display kun je echter negatief selecteren op ongewenste kruisreactiviteit.
Met behulp van faag display zijn antistoffen gemaakt tegen bepaalde vormen van kanker of tegen de subtiele verschillen tussen de bloedvaten in een kankergezwel en in een gezond orgaan. Normaal leidt dit tot problemen want kankercellen lijken erg op gezonde cellen. Vaak is het zo dat de meeste antistoffen die bedoelt zijn tegen de kankercellen ook reageren met gewone cellen. Als geneesmiddel is dat natuurlijk een erg vervelende en in sommige gevallen zelfs een dodelijke bijwerking. Bij faag display gebruik je dan de gewone cellen voor de negatieve selectie. Op die manier krijg je dus nog specifiekere antistoffen die alleen binden aan de kankercellen.
Nog meer evolutie in de reageerbuis
Naast antistoffen, maken onderzoekers met de faag display methode ook andere eiwitten die ergens aan binden. Je kunt hierbij denken aan eiwitten die binden aan de receptoren op cellen. Die receptoren zijn heel belangrijk bij de communicatie tussen cellen. Als een eiwit (ligand) aan een receptor bindt, signaleert de receptor dat de cel gaat delen, een specialistische functie krijgt, of geactiveerd wordt. Denk bijvoorbeeld aan een groeihormoon. Veel gebruikte eiwitreceptoren in faag display zijn integrines. Integrines zijn belangrijk bij de organisatie en opbouw van weefsels. Na het ontstaan van een beschadiging (bijvoorbeeld door een brandwond) dient het weefsel opnieuw te worden opgebouwd. Als je de binding aan integrines kunt regelen kun je de snelheid en de wijze van weefselherstel regelen.
Dit kan van belang zijn bij een wond die maar niet wil genezen, of bij een wond die juist te snel geneest waardoor er een litteken ontstaat. De faag bibliotheek wordt nu niet gemaakt van antistoffen, maar van willekeurige kleine eiwitjes. Het DNA coderend voor die willekeurige eiwitjes is op chemische wijze (synthetisch) in het lab gemaakt. Kleine eiwitjes zijn 8 tot 15 aminozuren groot. In het geval van een eiwitje van 8 aminozuren zijn er met de 20 verschillende mogelijke aminozuren dus ongeveer 25 miljard verschillende eiwitjes. Deze bibliotheken zijn dus even rijk aan varianten als de bibliotheken van antistoffen. Ook de selectie op de fagen gaat verder op dezelfde manier.
AFB 4: Evolutie door selectie en mutatie. Na de eerste selectieronde (zie afbeelding 1) is een beter eiwitje geselecteerd (A). Dit wordt vervolgens willekeurig veranderd (B). Vele veranderingen zijn verslechteringen, maar enkele zijn verbeteringen. Als laatste stap is er een selectie ronde, waardoor de betere eiwitten uitgeselecteerd worden.
Willekeurige verandering als creatieve kracht
Met faag display gemaakte antistoffen komen in hun functie (bindingssterkte) overeen met de eerste antistoffen die gemaakt worden na een infectie. Deze antistoffen zijn functioneel, maar in de praktijk meestal onvoldoende om te voorkomen dat je weer ziek wordt; ze zorgen er vaak voor dat je minder ziek wordt. Het lichaam kan echter antistoffen maken die veel sterker binden, en dus beter zijn. Dit gebeurt door de B-lymfocyten die antistoffen maken te kopiëren. Daarbij worden de genen die coderen voor de antistoffen opzettelijk en willekeurig sterk veranderd (sterke mutatie ook wel hypermutatie genoemd). Onderzoekers bootsen dit proces na in het lab. Ze vermenigvuldigen het erfelijk materiaal (DNA) in een reageerbuis met behulp met een techniek die veel foutjes maakt. Hierdoor wordt het DNA slordig gekopieerd waardoor er allerlei varianten van het originele DNA ontstaan.
De meeste van de vele kopieën met willekeurige foutjes coderen voor antistoffen die veel minder goed werken dan de oorspronkelijke. En sommigen zullen zelfs helemaal niet meer binden. Daarom volgt na deze zogenaamde mutatieronde weer een selectieronde. Hierin worden de verbeterde varianten verrijkt (zie afbeelding 4). Net als bij evolutie worden de slechte varianten weg geselecteerd en blijven de beste varianten over. En omdat je miljarden varianten hebt blijft er altijd wel een goede over ook al bindt er maar 1 op de miljoen beter. Die ene wordt dan uitgeselecteerd. Op deze manier krijgen we antistoffen die heel erg specifiek binden aan een bepaalde celstructuur of eiwit.
voor het gehele verhaal http://www.kennislink.nl/web/show?id=12 ... &cat=60360
Bron kennislink
Hebr 6: 
.