Truc van Nederlandse Nobelprijswinnaar maakt met laser onzichtbare eiwitten zichtbaar

vrijdag, 30 oktober 2026 om 14:36

Onderzoeker in een lab met een grote cryo-elektronenmicroscoop, een kast van ruim twee meter hoog.

Ongeveer 90 procent van de eiwitten in je lichaam is te klein om op in te zoomen, zelfs voor de beste microscopen ter wereld. Natuurkundigen van de Universiteit van Californië in Berkeley willen dat veranderen met een laser die sterker is dan een lasapparaat. Het idee erachter komt uit Groningen, en is bijna honderd jaar oud.

De onderzoekers bouwden een zogeheten laserfaseplaat in een cryo-elektronenmicroscoop, een apparaat dat ingevroren eiwitten met elektronen in beeld brengt. Ze beschreven de resultaten deze zomer in het tijdschrift Science; ScienceDaily zette het verhaal eind oktober opnieuw in de schijnwerpers.

Een Groningse truc uit 1930, nu met elektronen

In 1930 ontdekte de Nederlandse natuurkundige Frits Zernike dat licht dat door een cel gaat niet alleen zwakker wordt. Het loopt ook een fractie vertraging op, een verschuiving in de golf die het oog niet ziet. Zernike verschoof het licht dat niet door de cel was verstrooid een kwart golf, waardoor die kleine verschillen opeens zichtbaar werden als licht en donker.

Zo kon je levende cellen bekijken zonder ze eerst te kleuren, wat ze doodt. De Groningse hoogleraar kreeg er in 1953 de Nobelprijs voor Natuurkunde voor. Al in de jaren veertig probeerden wetenschappers hetzelfde bij elektronenmicroscopen, maar de plaatjes die de elektronenbundel moesten verschuiven, verzwakten die bundel of maakten het beeld onscherp.

De laser is sterker dan een militaire laser

In 2010 stelden natuurkundige Holger Müller en celbioloog Robert Glaeser voor om de verschuiving met licht te doen in plaats van met een plaatje. Daarvoor moest wel een uitzonderlijk sterke laser komen. Het bouwen kostte tien jaar.

De laserbundel kaatst bijna 10.000 keer heen en weer tussen spiegels en wordt zo opgebouwd tot een piepklein, fel punt. “Het is 75 kilowatt, gefocust op een paar micron”, zegt Müller. “Dat is krachtiger dan wat je gebruikt om te lassen. Het is meer vermogen dan een militaire laser.”

In cijfers

90 procent: deel van de menselijke eiwitten dat kleiner is dan de grens van gewone cryo-elektronenmicroscopie
70 kilodalton: ongeveer de ondergrens van gewone cryo-elektronenmicroscopie
50 kilodalton: wat met de laser lukt, al blijft het lastig
15 jaar: zo lang werkte Müller aan het idee

Hemoglobine werd duidelijk scherper

Het Berkeley-team zette de laser in een aangepaste Krios-microscoop van Thermo Fisher, die Müller Theia noemde, naar de Griekse godin van het licht. Ze testten zes verschillende monsters. Bij aldolase, een eiwit uit spieren dat gewone microscopen al goed zien, werd het beeld iets beter. Bij hemoglobine, het eiwit dat zuurstof door je bloed vervoert en dat precies op de grens van het zichtbare ligt, was de winst veel groter.

Voor de lastigste gevallen, kleine deeltjes en slechte monsters, levert de laser een heel aanzienlijk voordeel op.

- Holger Müller, natuurkundige UC Berkeley

Eiwitten worden gemeten in dalton, een eenheid voor massa. Gewone cryo-elektronenmicroscopie loopt vast onder ongeveer 70 kilodalton. Met de laser lukt 50 kilodalton, kleiner dan hemoglobine.

Wetenschappers willen eiwitten aan het werk zien

Die winst telt vooral bij geneesmiddelen. Als onderzoekers de vorm van een eiwit kennen, kunnen ze een medicijn ontwerpen dat er precies op past. Röntgenonderzoek kan dat ook, maar daarvoor moet het eiwit eerst kristallen vormen, en dat lukt lang niet altijd. Eiwitten zitten achter veel biologische raadsels, van wat het onverwoestbare beerdiertje beschermt tot waarom vrouwen langer leven dan mannen.

Het grootste effect verwacht Müller bij cryo-elektronentomografie, waarbij een computer opnamen uit verschillende hoeken combineert tot een driedimensionaal beeld van de binnenkant van een cel. “Het is als een bos vol bomen, en je probeert één blad aan één boom te vinden”, zegt Bridget Carragher van onderzoeksinstituut Biohub, dat een eigen microscoop met twee lasers bouwt.

Wat eens onzichtbaar was, wordt zichtbaar, en dat verandert alles aan hoe we ziekte begrijpen.

- Stephani Otte, vicepresident beeldvorming Biohub

Het volgende doel is myoglobine

Müller wil uiteindelijk eiwitten van 17 kilodalton in beeld krijgen, zo groot als myoglobine, het eiwit dat zuurstof in je spieren vasthoudt. Daarvoor moet de elektronenbundel scherp gefocust worden in plaats van onscherp, zoals nu nodig is voor genoeg contrast. Lukt dat, dan verdubbelt het contrast volgens hem nog eens.

Glaeser legde mee de basis voor de cryo-elektronenmicroscopie zelf. Drie andere onderzoekers kregen daar in 2017 de Nobelprijs voor Scheikunde voor; in hun toespraak noemden ze zijn werk. Zernike werkte in Groningen met licht, Müller in Berkeley met een laser van 75 kilowatt. Het principe is hetzelfde gebleven.