Groningse slijmschimmel wint hardloopwedstrijd

Een hardloopwedstrijd waar cellen van de slijmschimmel Dictyostelium en de HL60 menselijke bloedkankercellen aan meedoen. Dat lijkt een nerd actie van wetenschappers met te veel vrije tijd. Maar de First Dicty World Race is een stuk serieuzer. En o ja, de Groningse cellen hebben gewonnen.

Cellen die een wedstrijdje doen, dat roept meteen het beeld op van de slakkenrace die iedereen als kind wel eens hield in de tuin. En de vergelijking klopt een beetje: Dictyostelium (of Dicty, voor de liefhebbers) is een amoebe die rondscharrelt op zoek naar zijn favoriete snack, bacteriën en die wel een beetje lijkt op een eencellige naaktslak.

‘We gebruiken Dicty als een model voor menselijke witte bloedcellen’, legt celbioloog Arjan Kortholt uit. De amoebe kan kleine pootjes laten uitstulpen om zich daarmee doelgericht voort te bewegen. En dat is precies wat bijvoorbeeld granulocyten (een type witte bloedcel) doen wanneer er ergens in ons lichaam iets mis is.

‘Bij een grote brandwond blijkt dat de migratie van granulocyten naar de beschadigde plek is verstoord. En ook andere ziekten van het afweersysteem kunnen zijn veroorzaakt door een verstoorde beweeglijkheid’, vertelt Kortholt. ‘Daarnaast is die beweeglijkheid ook cruciaal voor het uitzaaien van kankercellen.’

Reden genoeg dus om uit te zoeken hoe individuele cellen weten waar ze heen moeten en hoe ze bewegen. Voor dit soort onderzoek zijn goed kweekbare cellen nodig. Witte bloedcellen delen niet meer, dus daar kan je maar zeer beperkt mee experimenteren. Daarom gebruiken onderzoekers bijvoorbeeld HL60 cellen: leukemiecellen die blijven delen.

‘Maar HL60 cellen kennen wat nadelen. Het is relatief lastig om genen aan en uit te zetten. Een aantal groepen, waaronder die van ons, werkt daarom met Dictyostelium.’ Iedere twee jaar is er een gezamenlijke conferentie van HL60 en Dicty onderzoekers. Op zo’n conferentie kwam de vraag op welke cel nu eigenlijk beter is. En dat was het begin van de Dicty race.

De opgave voor de deelnemers was simpel. De cellen moeten door een doolhof van rechte gangetjes met tal van kruispunten en doodlopende stukken. Aan het eind van het doolhof bevindt zich een reservoir met een stof waar de cellen van nature op af gaan. De cellen moeten dus ‘ruiken’ waar ze heen moeten en op die manier zo snel mogelijk de uitgang vinden.

Deelnemende labs mochten één celtype insturen, waarvan ze de genen naar believen mochten manipuleren. Doping is een essentieel onderdeel van de race en werd van harte aanbevolen door de organisatie. De race vond plaats aan de Harvard Universiteit in Boston op 16 mei.

Ineke Keizer en Rama Kataria waren de ‘trainers’ van de Groningse inzending. Keizer is microscopist, en heeft het fingerspitzengefühl om blije, goed bewegende slijmschimmelcellen te selecteren: ‘Niet iedereen bekommert zich om de gezondheid van de cellen.’ Keizer besprak met haar teamleden (Kortholt, Kataria en groepsleider Peter van Haastert) de strategie, en ze testte het parcours.

‘We kregen van de organisatie testexemplaren van het doolhof’, vertelt Keizer. ‘Maar het bleek dat de kanaaltjes vijf micrometer breed waren, terwijl de cellen tien micrometer zijn. Dat bleek te smal, sommige cellen knapten gewoon.’ De organisatie maakte een aanpassing. Ondertussen was de Groningse keuze gevallen op een cel die snel (maar niet supersnel) kan bewegen maar ook een goede neus heeft voor de lokstof. ‘We hebben honderden mutanten in de vriezers liggen, dus het was een lastige keuze.’

Maar Keizer zag dat de cellen elkaar gingen opzoeken in het doolhof, en kluitjes vormden. Dicty scheidt namelijk een stof uit om soortgenoten te vinden. ‘Cafeïne remt uitscheiding van die stof, dus besloten we dit als doping toe te voegen.’

Vrijdag 16 mei was het zo ver. De cellen werden aan de ingang van het doolhof (0,8 millimeter lang) geplaatst en moesten hun weg naar binnen en dan weer naar buiten vinden. De twintig deelnemers leverden elk een paar honderd cellen aan. In de drie uur die de race duurde kwamen er bijna 500 cellen over de finish.

‘Het bleef nog even onduidelijk wie er gewonnen had’, vertelt Kortholt. De jury nam de honderd cellen die het eerst over de finish kwamen en groepeerde ze vervolgens per deelnemer. De winnaar was het team dat de meeste cellen in de top-honderd had. In de loop van maandag bleek dat de Groningse Dictygroep de winnaar was.

‘Onze cellen waren niet het snelst, en ze volgden gemiddeld ook niet de kortste weg door het doolhof’, vertelt Kortholt. ‘Alleen bleken wij het optimum te hebben gevonden tussen snelheid en nauwkeurige navigatie.’ Sommige cellen gingen zo snel dat ze bij iedere kruising rechtdoor vlogen – wat niet helpt om de uitgang te vinden. En de cellen die bij ieder kruispunt feilloos de afslag met de sterkste geur roken (en dus de kortste weg volgden) bleken niet zo snel te kruipen.

De roem en de hoofdprijs van 5000 dollar zijn leuk, maar wat heeft de wetenschap nu aan deze race gehad? Dat moet je niet onderschatten, vindt Kortholt. ‘De dag na de race kreeg ik al tien emails met vragen over onze cel. Dat levert nieuwe samenwerkingen op.’ Veel onderzoekers werken aan één onderdeel van de keten die zorgt dat de cellen doelgericht bewegen. ‘En vaak weten ze dan relatief weinig van de rest van de keten. Deze wedstrijd dwingt je naar de hele keten te kijken.’

Ook zijn de werelden van HL60 en Dicty grotendeels gescheiden. ‘Deze wedstrijd brengt ze bij elkaar.’ In de top-5 van de race zat maar één HL60 cellijn, terwijl deze cellen doorgaans sneller zijn dan Dicty. Dat vraagt om uitwisseling van gegevens. ‘De organisatoren willen ook een wetenschappelijke publicatie schrijven waarin ze de tien beste racers vergelijken.’

Een ander positief resultaat is dat de race studenten enthousiast maakt. ‘We hadden onlangs een cursus in ons lab, en de studenten waren echt gegrepen door de race. Ze hadden het er de hele tijd over.’ De Dicty race heeft daarmee in potentie een vergelijkbaar effect als bijvoorbeeld de Solar Challenge (de race voor zonneauto’s) of iGEM, de wedstrijd in het genetisch verbouwen van bacteriën.

‘En het levert ons onderzoeksveld leuke publiciteit op’, lacht Kortholt. Naast een vakblad als Nature berichtte ook The Wall Street Journal over de race – op de voorpagina nog wel. Volgend jaar is er vermoedelijk weer een race. Mogelijk wordt die gekoppeld aan een workshop voor promovendi en studenten, waarin ze leren omgaan met de lopende cellen. Maar eerst volgt nog de wedstrijdanalyse van dit jaar. En een barbecue voor het winnende team. Kortholt: ‘Daar gaan we een deel van het prijzengeld aan besteden!’

Info en uitslagen: zie de website van de First Dicty World Race

Zie ook het nieuwsbericht en een verslag van het wetenschappelijke tijdschrift Nature