Moleculaire biologie

Op deze pagina probeer ik te vertellen wat mijn beroep, moleculair bioloog, zo ongeveer inhoudt. Ik hoop dat ik het een beetje kan uitleggen! Ook kun je hier mijn curriculum vitae vinden.


Opleiding

In 1984 begon ik met mijn studie biologie aan de Universiteit van Utrecht. Het eerste jaar van deze studie was erg breed. We moesten dieren ontleden, planten verzamelen in het veld, proeven met duiven uitvoeren, maar kregen ook veel wiskunde en scheikunde. Na dit eerste jaar besloot ik me te gaan specialiseren in de chemische richting. Tijdens deze fase van mijn studie vond ik met name de microbiologie en moleculaire biologie interessant, en ik besloot dat in deze vakgebieden verder wilde gaan. Ik heb twee stages gedaan, de eerste aan de Universiteit van Utrecht bij de projectgroep Eiwitsynthese, en een tweede, externe stage, op het Rijksinstituut voor de Volksgezondheid in Bilthoven (RIVM). Tijdens deze tweede stage werkte ik aan de verwekker van de ziekte tuberculose, Mycobacterium tuberculosis. In mei 1990 mocht ik mijn bul ontvangen. Daarna heb ik nog een jaar gewerkt als wetenschappelijk medewerker op het RIVM, nog steeds aan de tuberculose bacterie.


Cholera

In april 1991 begon ik aan een promotieonderzoek, opnieuw op het RIVM, onder leiding van Dr. F.R. Mooi. Het project richtte zich op de bacterie Vibrio cholerae, de verwekker van de ziekte cholera. Cholera is een ernstige ziekte, met als voornaamste kenmerk ernstige diarree. De ziekte wordt veroorzaakt door het drinken van water dat besmet is met de bacterie Vibrio cholerae, of door het eten van voedsel dat met besmet water bereid is. Het is een ziekte die toeslaat onder slechte hygienische omstandigheden, zoals in vluchtelingenkampen. In de westerse wereld komt cholera niet of nauwelijks voor. Karakteristiek van cholera is dat het zich als een epidemie (grote uitbraak) kan verspreiden. Met name in India breken regelmatig cholera epidemieen uit.

Van de bacterie V. cholerae zijn meer dan 150 serotypen (varianten) bekend. De varianten zijn genummerd O1, O2, O3 tot en met O151. Het serotype O1 is de veroorzaker van de epidemische cholera. Alle overige serotypen werden tot voor kort als niet-epidemisch beschouwd. Hoewel deze zogenaamde non-O1 stammen wel buikklachten kunnen veroorzaken, zijn zij nooit de veroorzaker geweest van cholera-epidemieen. In 1992 echter veroorzaakte een non-O1 stam, met het serotype O139, een cholera-epidemie in India en Bangladesh, rondom de Golf van Bengalen. Uit mijn promotie-onderzoek bleek dat deze O139 Bengal stam is ontstaan uit een O1-stam door horizontale genoverdracht. De genetische opbouw van de twee epidemische stammen O1 en O139 Bengal is daarom nagenoeg identiek. Het DNA dat codeert voor de synthese van het O1-antigen bleek echter niet aanwezig in O139 Bengal. In plaats daarvan bezat het nieuwe serotype een ander stuk DNA dat codeert voor de synthese van het O139 antigen en kapsel. Dit DNA komt niet voor in O1 stammen. Ook werd een tweede non-O1 stam gevonden, O37 Sudan, die net als O139 Bengal nauw verwant bleek aan de epidemische O1 cloon. Dit is dus een tweede voorbeeld van een stam met een epidemisch karakter, maar een "onschuldig" lijkende buitenkant, een wolf in schaapskleren.

De resultaten in mijn promotieonderzoek lieten zien dat V. cholerae stammen vrij gemakkelijk een serotype-switch kunnen ondergaan, door de overdracht van DNA dat een andere polysaccharide-buitenkant codeert. Agglutinatie van klinische V. cholerae isolaten met alleen het O1-antiserum brengt het risico met zich mee dat men nieuwe epidemische stammen met andere serotypes niet herkent. Hieruit blijkt maar weer dat je nooit op de buitenkant mag afgaan!

De resultaten van dit onderzoek heb ik in 1996 samengebracht in een proefschrift met als titel "Cholera, vaccine development and evolution of epidemic Vibrio cholerae strains". Op het plaatje hiernaast zie je de voorkant van mijn proefschrift met natuurlijk daarop het onderwerp: De O139 Bengal stam, een wolf in schaapskleren!

Het leuke van mijn onderzoek was niet alleen dat we er een paar goede publicaties over konden schrijven, maar dat er ook in de media wat aandacht aan werd besteed! Mijn copromotor, Frits Mooi, en ik werden geinterviewd voor artikelen in het NRC Handelsblad, de Volkskrant, en het Amerikaanse tijdschrift Discover Magazine. Het waren allemaal maar kleine stukjes op hun wetenschappelijke pagina's maar ik was er erg trots op! We moesten zelfs een radiointerview voor de Wereldomroep geven. Ik kan je wel vertellen dat vooral dat laatste verschrikkelijk was, het moest ik het Engels, het zweet brak me uit toen de bandrecorder aanging, en ik wist niets meer te vertellen. Maar toen we het op de radio hoorden, had de journalist er toch wat leuks van gemaakt. Helaas luistert er in Nederland bijna niemand naar de Wereldomroep, dus mijn "roem" bleef zeer beperkt....

Op onderstaande link staat een artikel waarin mijn onderzoek ook genoemd wordt.

http://www.nsf.gov/od/lpa/news/publicat/frontier/10-96/10chlra.htm

Moleculair bioloog op het St. Antonius Ziekenhuis

Van 1997 tot oktober 2001 werkte ik als moleculair bioloog op de afdeling Medische Microbiologie en Immunologie van het St. Antonius Ziekenhuis in Nieuwegein. In deze functie was ik verantwoordelijk voor het opzetten en uitvoeren van DNA diagnostiek en epidemiologie. Hieronder zal ik proberen om uit te leggen wat dit werk inhield.

Het St. Antonius Ziekenhuis

Het St. Antonius Ziekenhuis in Nieuwegein is een modern regionaal ziekenhuis, waar vrijwel alle specialismen vertegenwoordigd zijn. Landelijk is het ziekenhuis bekend vanwege de behandeling van patiŽnten met hart-, vaat- en longziekten. Het ziekenhuis beschikt over 584 bedden, een uitgebreide polikliniek, een afdeling voor dagopname en een afdeling spoedeisende hulp die 24 uur per dag geopend is.

De afdeling Medische Microbiologie en Immunologie

De afdeling Medische Microbiologie en Immunologie (MMI) van het St. Antonius Ziekenhuis in Nieuwegein houdt zich bezig met de diagnostiek van infectieziekten. Allerlei patientenmaterialen die op deze afdeling binnenkomen worden getest op de aanwezigheid van micro-organismen (bacteriŽn, schimmels, gisten, virussen en parasieten) die bij de mens infecties kunnen veroorzaken. Hier links zie je een plaatje van een Legionella bacterie, de verwekker van de beruchte veteranenziekte.
De uitslagen van de testen worden door de arts-microbioloog of immunoloog besproken met de aanvragende arts. Het vaststellen van het juiste microbiologisch onderzoek gebeurt altijd met klinische gegevens van de patiŽnt, de eerdere resultaten van de patiŽnt en zonodig na overleg met de aanvragende arts door de arts-microbioloog.

Om ziekteverwekkers in de diverse patientenmaterialen aan te kunnen tonen, worden verschillende technieken gebruikt:

  1. Het direct aantonen van de verwekker d.m.v. kweken, isolaties of microscopie
  2. Het aantonen van antistoffen tegen de verwekker (serologie)
  3. Het aantonen van het DNA van de verwekker met moleculaire technieken (DNA diagnostiek; zie hieronder)
Bacteriologische kweken
Op het bacteriologisch laboratorium worden patiŽntenmonsters (bloed, urine, feces, liquor, pus, sputum, uitstrijken) onderzocht op aanwezige bacteriŽn of andere micro-organismen. De monsters worden daarvoor op speciale media geŽnt waarop bepaalde bacteriŽn, schimmels of gisten kunnen groeien. Hier rechts op de foto staat een bloedplaat, waarop bacterien gegroeid zijn. De gevonden bacteriŽn worden gedetermineerd en er worden gevoeligheidsbepalingen ingezet voor een aantal antibiotica.

Serologie
Op het immunologische laboratiorium van onze afdeling worden bloedmonsters onderzocht op aanwezige antistoffen (IgG, IgM en IgA) tegen verschillende microorganismen. Hiervoor bestaan verschillende technieken waarmee deze antistoffen aantoonbaar zijn (bv Elisa, Immunofluorescentietesten, Immunoblotting, Agglutinatietesten, Complementbindingsreacties).

Bron: www.laboratorium.nl

DNA diagnostiek

Met behulp van DNA technieken (moleculaire technieken) kunnen bacteriŽn worden aangetoond die met standaard microbiologische technieken moeilijk aan te tonen zijn. Dit kan veroorzaakt worden door het feit dat deze bacterien heel langzaam groeien, of omdat ze niet of nauwelijks op voedingsbodems te kweken zijn, zoals intracellulair groeiende bacterien. Door middel van een speciale techniek, de Polymerase Chain Reaction (PCR) kunnen we het DNA van deze bacteriŽn wel aantonen, zonder dat we de bacterie daarvoor hoeven te groeien of te kweken.
Op het MMI laboratorium worden momenteel moleculaire technieken gebruikt voor het aantonen van Chlamydia trachomatis en Neisseria gonorrhoeae, twee bacteriŽn die geslachtsziekten veroorzaken, en Mycobacterium tuberculosis, de verwekker van tuberculose. Deze bacteriŽn kunnen direct uit klinisch materiaal van patienten (uitstrijken, sputum, biopten) aantoond worden met behulp van PCR.
Daarnaast heb ik tijdens mijn periode op het St. Antonius Ziekenhuis PCRs ontwikkeld om darmpathogenen aan te kunnen tonen. Darmpathogenen zijn microorganismen die diarree veroorzaken, zoals Shigella, Campylobacter en Salmonella.

Typeringen

Met moleculaire technieken kunnen ook verschillen tussen bacterie-stammen worden aangetoond. Zo kunnen we bijvoorbeeld vaststellen of twee patienten met dezelfde infectie, drager zijn van dezelfde bacterie-stam.
Hier rechts zie je een voorbeeld van een typering. Kijk in verticale richting naar de patronen. Elke verticale "laan" vormt een streepjespatroon. Het patroon in de eerste "laan" is een DNA marker. Alle andere "lanen" zijn de DNA patronen van bacteriŽn, die bij verschillende patienten zijn geisoleerd. Elke bacterie is van een andere patient afkomstig.
Als twee bacterie-stammen een gelijk patroon hebben, dan zijn ze hetzelfde. Zie je een verschil in de patronen, dan zijn de stammen te onderscheiden. Zoals je op het plaatje kunt zien, hebben de meeste patienten een stam met een identiek patroon. Alleen de eerste vier patienten links en twee patienten uiterst rechts hebben bacterien die verschillende patronen geven. Zij zijn geinfecteerd met een unieke stam, dat wil zeggen, niet verwant aan een stam die bij een andere patient werd gevonden. Alle andere patienten zijn geinfecteerd met dezelfde bacterie-stam. Kennelijk is deze bacterie van de ene naar de andere patient overgebracht (transmissie).
Dit soort informatie is belangrijk voor het nemen van hygienische maatregelen, om in de toekomst te voorkomen dat er weer transmissie plaatsvindt. Het typeren van bacterie-stammen gebeurt dan ook in nauwe samenspraak met de arts-microbioloog en de afdeling Ziekenhuishygiene en Infectiepreventie.

Genetisch onderzoek naar de ziekte van Besnier-Boeck

In samenwerking met de afdeling Longziekten van het St. Antonius Ziekenhuis en het Royal Brompton Hospital in Londen heb ik meegewerkt aan een onderzoek naar de rol die genetische factoren spelen bij de ziekte van Besnier-Boeck (= sarcoidose). Omdat ik zelf ook sarcoidose heb, vond ik het een eer om als wetenschapper aan deze ziekte te mogen werken. Samen met stagiaire Sonja Chocron hebben we gekeken naar eventuele verschillen in Interferon gamma receptor genen tussen patienten en gezonde mensen. In het december 2001 nummer van Sarcoidose Nieuws, het verenigingsblad van de Besnier-Boeck patientenvereniging, heb ik over dit onderzoek een artikel geschreven met als titel "Op zoek naar de oorzaak van Besnier-Boeck".


Werkgroep Epidemiologische Typeringen

Eind 1997 werd de Werkgroep Epidemiologische Typeringen, de WET, opgericht. Doel was het bundelen van alle kennis over het typeren van micro-organismen in Nederland. Leden van de werkgroep zijn afkomstig uit diverse sectoren binnen de microbiologie, zoals de medische, veterinaire en de levensmiddelenmicrobiologie.
De WET heeft in 1998 geinventariseerd welke personen in Nederland micro-organismen typeren, en welke technieken zij daarbij gebruiken. Deze informatie is door Gerda Noordhoek, moleculair bioloog werkzaam op het Laboratorium voor de Volksgezondheid in Friesland, in een MS Access database gezet. Sinds 1999 beheer ik deze database. De WET vindt het belangrijk dat deze gegevens zoveel mogelijk uitwisselbaar zijn, en ter beschikking staan van andere personen die micro-organismen willen typeren.
Sinds 2000 heeft de WET haar eigen Internet pagina, www.typeringen.nl. Op deze pagina vindt u de belangrijkste gegevens van de WET database, nl. de personen die typeren, de micro-organismen die zij typeren, en welke technieken die hierbij gebruikt worden.


Stanford!

Sinds november 2001 wonen Gerard en ik in de San Francisco Bay Area, in California in de Verenigde Staten. Gerard is gevraagd om hier te komen werken bij de Amerikaanse vestiging van Lumileds. Zelf ben ik op dit moment bezig om een baan te krijgen op Stanford University in Palo Alto. Inmiddels ziet het ernaar uit dat dit gaat lukken: ik heb een aanbod gekregen om als post-doc te gaan werken op het lab van David Relman, op de afdeling Microbiology and Immunology. Ik ga werken aan microbiele diversiteit in de mond bij gingivitis (tandvleesontsteking) en in de darm bij de ziekte van Crohn. Of te wel: welke bacterien zitten er in de mond/darm bij patienten en welke bij gezonde mensen? Het leuke van dit project is dat ik met DNA microarrays ga werken, een manier om heel veel stukjes DNA op een heel klein stukje glas te pipetteren, een soort DNA chip. Nog "even" een nieuwe werkvergunning regelen, en dan kan ik beginnen. Het zal wel februari of maart worden eer ik aan de slag kan!