Wetenschap - 2 juli 1998

Verzuring in insectencellen

Verzuring in insectencellen

Verzuring in insectencellen
Detmer Sipkema, Proceskunde
Eigenlijk had Detmer Sipkema een afstudeervak Proceskunde van vijf maanden willen doen. Het werden er zeven. Die twee maanden extra smeerde hij vervolgens uit over een heel studiejaar, want Sipkema werd ondertussen ook lid van de studentenraad. Mijn begeleider was gelukkig geduldig. Er werd geen druk op me uitgeoefend om dat verslag eindelijk eens in te leveren.
Sipkema heeft gekeken naar de invloed van verschillende zuurstofconcentraties op insectencellen in een reactorvat. Ongedifferentieerde insectencellen, cellen die zich nog niet hebben gespecialiseerd, worden door biotechnologiebedrijven gebruikt om eiwitten te produceren
Insectencellen kunnen eiwitten produceren die voor bacterien of schimmels te complex zijn, maar aan het gebruik van insectencellen kleven ook nadelen. De cellen zijn zo fragiel dat de zuurstoftoevoer in het reactorvat problemen geeft. Het is niet mogelijk zuurstof door de vloeistof in het reactorvat te laten borrelen; zuurstofbellen spatten uiteen als ze aan de oppervlakte komen en de kracht die daarbij vrijkomt is al voldoende om de insectencellen te beschadigen. In een reactorvat met insectencellen kan daarom alleen oppervlaktebeluchting worden toegepast
Het gevolg is dat de zuurstof niet gelijk is verdeeld over de vloeistof in het vat. Zo zal de zuurstofconcentratie boven in het vat hoger zijn dan op de bodem. Hoewel in het vat wordt geroerd, kunnen de insectencellen door deze ongelijke verdeling af en toe een tijdje zonder zuurstof komen te zitten
Sipkema wilde weten wat de gevolgen zijn van zo'n zuurstofloze periode voor de fysiologie van de cellen. Daartoe nam hij twee reactorvaten, een van anderhalve liter en een van een halve liter. In het vat van anderhalve liter was voldoende zuurstof aanwezig; het halvelitervat was zuurstofloos
Sipkema bestudeerde eerst de ontwikkeling van de cellen in het vat met zuurstof. Hij liet de cellen groeien tot in het vat een steady state was bereikt, wat wil zeggen dat de concentratie insectencellen niet meer verandert. Vervolgens mat hij een aantal essentiele parameters, waaronder de glucoseconcentratie in de vloeistof en de verhouding tussen levende en dode insectencellen
Daarna verbond Sipkema het zuurstofrijke reactorvat met een zuurstofloos reactorvat en pompte hij de vloeistof met insectencellen tussen beide vaten heen en weer. De pompsnelheid was zodanig dat de insectencellen steeds ongeveer een uur in het zuurstofloze vat en drie uur in het vat met zuurstof doorbrachten. Opnieuw wachtte Sipkema tot er een steady state was bereikt. Vervolgens keek hij weer naar parameters als de glucoseconcentratie
Sipkema vond dat de zuurstofloze periode de concentratie insectencellen in de steady state aanzienlijk had verlaagd. Hij ontdekte bovendien dat de levensduur van de cellen korter werd. Ook gingen de cellen lactaat produceren. Die lactaatproductie was voor Sipkema geen verrassing. Het is een normale reactie. Je kunt het vergelijken met wat in spieren gebeurt als er door intensief sporten een zuurstoftekort ontstaat. Dan krijg je verzuring.
Voor andere verschijnselen die hij vond heeft Sipkema echter geen verklaring. Zo mat hij dat de insectencellen 75 procent meer zuurstof opnamen. Mogelijk is er sprake van een stressreactie en nemen de cellen na een uur in het zuurstofloze vat extra veel zuurstof op, verklaart Sipkema
Naar wat er precies binnen de cel gebeurt in zuurstofarme omstandigheden is verder onderzoek nodig. Tijdens het colloquium klinken er vanuit zaal al suggesties voor verbeteringen. Zo zou het zuurstofloze reactorvat kunnen worden vervangen door een lange slang, waardoor de zuurstofloze tijd aanmerkelijk kan worden bekort, hetgeen realistischer is. In een reactorvat komt een insectencel niet snel een uur zonder zuurstof te zitten, eerder twintig seconden
Sipkema vond een zuurstofloze periode van een uur voor een eerste onderzoek echter geen probleem. Hij wilde laten zien wat er kan gebeuren als cellen te maken krijgen met een zuurstofgebrek en vindt dat hij daarin goed is geslaagd
Het vervaardigen van deze proefopzet heeft hem bovendien hoofdbrekens genoeg gekost. Nadat hij het idee eerst globaal met behulp van een computermodel had uitgewerkt, was de uitwerking in de praktijk toch nog lastig. Zo bleek het slangetje dat de reactorvaten verbond in het begin te dik. Het gevolg was dat de insectencellen in de slang bezonken en dat was niet de bedoeling. Het opnieuw opstarten van de proef kostte steeds twee weken
Sipkema heeft nog wel geprobeerd de zuurstofloze periode te bekorten door sneller te pompen. Dat mislukte echter doordat sneller pompen een ongewenste schuimlaag op de vloeistof veroorzaakte
Aan het einde van zijn colloquium presenteert Sipkema ook enkele niet wetenschappelijke bevindingen. Deze stellingen geven een indruk van het ongemak dat Sipkema moest ondergaan in het laboratorium in het Biotechnion. Zo stelde hij vast dat de vloeistof die bedoeld is om het reactorvat op te warmen tot de optimale temperatuur van 28 graden, tijdens zomerse perioden bij een binnentemperatuur van 38 graden ook uitstekend dienst kan doen als koelvloeistof

Re:ageer