Voor het eerst is een plaatje op nanoschaal geschoten van het omhulsel van een levende cel. De details ervan beslissen een lang uitstaand debat tussen celbiologen.

Als celbioloog wil je alles binnen de cel zo gedetailleerd mogelijk kunnen zien. En wat is er mooier dan een directe foto van een stukje cel? Dat is onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory in Tennessee (VS) nu gelukt. Zij fotografeerden voor het eerst een celmembraan van een nog levende bacteriecel en losten daarmee een vraagstuk op waar celonderzoekers al jaren mee worstelen.

Jarenlang debat

Het omhulsel van cellen, het celmembraan, bestaat uit een dubbele laag vetmoleculen, lipiden. Deze lipiden vormen de barrière tussen de vloeistof binnen en buiten de cel. Tussen die lipiden zitten ook eiwitkanaaltjes, die poorten vormen waar moleculen en atomen gecontroleerd naar binnen en naar buiten kunnen gaan. Verder steken er uit het celmembraan suikerketens, die als een soort identificatiekaarten voor andere cellen dienen.

Sommige wetenschappers denken dat de lipiden geen uniforme laag, maar afzonderlijke domeinen vormen. Deze zogenaamde lipidevlotten zouden ervoor zorgen dat de cel bepaalde eiwitkanalen naar believen aan of uit kan schakelen. Anderen geloven niets van deze theorie. Jarenlang werd over de kwestie gediscussieerd, maar alleen een direct plaatje van een levend celmembraan kon het debat beslechten.

Neutronenverstrooiing

Dat is makkelijker gezegd dan gedaan. Met lichtmicroscopie kom je niet ver, want de voorspelde lipidevlotten zijn erg klein. Een elektronenmicroscoop zou het misschien kunnen, maar de cellen kunnen dan niet levend meer zijn. Daarom zocht het onderzoeksteam de oplossing in neutronenverstrooiing, een techniek waarbij in plaats van fotonen of elektronen neutronen worden gebruikt om door verstrooiing ervan een foto te maken van een levende cel.

Neutronenverstrooiing is ideaal in het onderscheiden van verschillende secties van het te onderzoeken monster, maar om het ‘lipidevlot-vraagstuk’ op te lossen is meer nodig. Er moet namelijk onderscheid worden gemaakt tussen de verschillende soorten lipidemoleculen.

Hiervoor zochten de onderzoekers hun toevlucht tot isotopen. Ongeveer 99,98 procent van de kernen van alle waterstofatomen bestaan uit één proton. De rest heeft er een neutron bij. Dit maakt een isotoop genaamd deuterium. Voor de opbouw van moleculen maakt het niet uit of je gewoon waterstof of deuterium hebt, maar de twee isotopen verstrooien neutronen wel elk op een andere manier en daar kun je als onderzoeker gebruik van maken.

Prachtige plaatje

De onderzoekers maakten een kweek van Bacillus Subtilis-bacteriën die lipiden inbouwden die zowel gewoon waterstof als deuterium bevatten in verschillende verhoudingen. Vervolgens keken ze hoe de rangschikking van de lipiden in het celmembraan was. Die bleek niet uniform te zijn, maar duidde op het bestaan van domeinen, oftewel: de lipidevlot-theorie lijkt het bij het rechte eind te hebben!

Dit moet natuurlijk nog wel bevestigd worden door andere onderzoeksgroepen, maar dat de techniek een prachtig plaatje van een levende bacteriecel heeft opgeleverd, staat vast:

Bronnen: PLOS Biology, Science Alert, Oak Ridge National Laboratory

Beeld: Oak Ridge National Laboratory

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer (geen verzendkosten). Abonnee worden? Dat kan hier!