De proteomica is nog een vrij jong onderzoeksgebied dat zich de totaliteit van alle eiwitten (proteoom) nader bekijkt en probeert te achterhalen welke eiwitten er in de cellen zijn, welke functies ze hebben en hoe ze samenwerken. Ons hele lichaam is samengesteld uit duizenden verschillende eiwitten. En enzymen, die ook uit eiwitten bestaan, reguleren belangrijke stofwisselingsprocessen.
Met behulp van de proteomica kunnen we een soort enorme bibliotheek aanleggen, waarin eiwitten geclassificeerd en ingedeeld worden. Hierdoor krijgen we een beter begrip van de samenhangen in ons lichaam en kunnen we begrijpen welke processen verstoord zijn bij ziekten of hoe medicijnen op het lichaam inwerken. We laten je in dit artikel op een begrijpelijke manier zien wat proteomica is, wat het te maken heeft met de epigenetica en hoe we deze techniek kunnen gebruiken.
Wat is proteomica?
Heel nuchter geformuleerd is proteomica de uitgebreide studie en analyse van het proteoom, dat wil zeggen de totaliteit van alle eiwitten die op een bepaald moment in een cel, weefsel, organisme of specifiek biologisch systeem worden geëxprimeerd. Het richt zich op de identificatie, kwantificering, structuur, functie en interacties van eiwitten, evenals hun veranderingen onder verschillende omstandigheden.
Door het gebruik van geavanceerde technologieën, zoals massaspectrometrie en bio-informatica tools, heeft proteomica als doel een gedetailleerd begrip te verkrijgen van de rol van eiwitten in biologische processen en ziekten en draagt het dus aanzienlijk bij aan de ontwikkeling van nieuwe diagnostische methoden, therapieën en het begrip van ziekte-mechanismen.
Het proteoom als de garderobe van je leven
Proteomiek – kan het ook begrijpelijker?
Toegegeven, de complexe achtergronden van proteomiek zijn niet helemaal eenvoudig uit te leggen. In ons artikel over de epigenetica hebben we dit vergeleken met de volume-regelaars. Voor proteomiek kunnen we een andere analogie gebruiken: een kledingkast.
Stel je voor dat je kledingkast vol zit met verschillende kledingstukken, die elk een specifieke functie vervullen. Elk kledingstuk vertegenwoordigt een eiwit in je lichaam, en de totaal van alle eiwitten (oftewel je kledingkast) wordt het proteoom genoemd.
Net als bij een kledingkast kan het proteoom divers zijn, met een grote verscheidenheid aan eiwitten die verantwoordelijk zijn voor verschillende cellulaire functies en processen. Sommige eiwitten zijn als je favoriete kledingstukken , die je vaak draagt en die een belangrijke rol in je dagelijks leven spelen. Hier zou men spreken van essentiële eiwitten.
Andere eiwitten zijn als de zelden gedragen of seizoensgebonden kledingstukken, die alleen voor bepaalde gelegenheden nodig zijn.
De garderobe van het leven
Net zoals je je kledingkast organiseert op basis van behoefte en bepaalde kledingstukken kiest die bij je stijl passen, reguleert je lichaam de expressie en activiteit van verschillende eiwitten afhankelijk van de eisen en omstandigheden. Dit proces wordt proteomica genoemd en omvat het onderzoeken en analyseren van alle eiwitten in een cel, weefsel of organisme op een bepaald moment.
Als je bijvoorbeeld traint, kan je lichaam eiwitten produceren die belangrijk zijn voor het herstel van spieren en de opbouw van nieuwe spiermassa. Deze eiwitten worden geactiveerd om te voldoen aan de specifieke eisen van je training. Net zoals je misschien je sportkleding kiest, om je voor te bereiden op je training, kiest je lichaam bepaalde eiwitten uit om de fysiologische aanpassingen aan de training mogelijk te maken.
De proteomica stelt ons in staat om de complexe interactie van eiwitten in biologische systemen te onderzoeken en te begrijpen hoe ze reageren op verschillende omgevingsfactoren, ziekten of therapeutische interventies. Door de analyse van het proteoom kunnen we inzicht krijgen in de werking van cellen en weefsels en nieuwe mogelijkheden ontdekken voor de diagnose, behandeling en preventie van ziekten.Wij onderzoeken, om bij de analogie te blijven, welke „kledingstukken“ in welke levenssituaties worden gebruikt.
Waarom gebruikt men proteomica?
De proteomica biedt een soort „live-inzicht“ in de cel. Met de genetica konden we tot nu toe „slechts“ de bouwplannen zichtbaar maken. Door de proteomica is het nu mogelijk om een nieuw perspectief te krijgen. We kunnen zien of eiwitten na hun translatie nogmaals worden veranderd, z.B. door fosforyleringen of glycosyleringen. Dat betekent dat we een gedetailleerder inzicht krijgen in de processen van de cel. Zo kunnen onderzoekers ook eiwit-eiwitinteracties beter bestuderen en daardoor complexe biologische signaalwegen beter begrijpen.
Welke voordelen biedt proteomica?
De proteomica is de volgende stap naar een meer gepersonaliseerde geneeskunde.Door de onderzoeksinspanningen kan het in de toekomst mogelijk zijn om nieuwe biomarkers voor ziekten of therapeutische doelmoleculen beter te identificeren. Bovendien kunnen we met behulp van proteomica ons begrip van hoe medicijnen op het lichaam werken vergroten.
De onderzoek staat nog relatief aan het begin, maar er zijn al enkele zeer spannende onderzoeken. In deze studie werden 36 mensen met verschillende uitgangspunten voor en na de sport getest. De analyses waren uiterst uitgebreid, van bloedtesten tot proteoom- en genanalyses. De onderzoekers konden vaststellen dat sommige eiwitten zich als markers voor de latere prestatie in de uithoudingstest leenden. Bovendien ontdekten ze dat mensen met een insulineresistentie een gewijzigde reactie op de sport vertonen.Voordat men daaruit nauwkeurige behandelmethoden afleidt, moet er nog wat meer onderzoek worden gedaan, maar de resultaten zijn tot nu toe al uiterst spannend.
Hoe meet je eiwitten?
Er zijn verschillende methoden om eiwitten te meten. Voor de proteomica is een massaspectrometer van groot belang. Maar hoe werkt zo'n apparaat?
Een massaspectrometer is als een geavanceerde weegschaal, die kleine deeltjes zoals eiwitten of peptiden (korte eiwitsegmenten) op basis van hun gewicht sorteert. Stel je voor dat je een zak hebt met ballen van verschillende groottes en je wilt ze op grootte sorteren. Een massaspectrometer doet in wezen hetzelfde, alleen met moleculen. Om je een beter idee te geven van het proces erachter, hebben we de verschillende stappen zo eenvoudig mogelijk weergegeven:
Ontdek je proteoom met de Molecular Profile-test van MoleQlar. Leer nu meer.
Stap 1: Voorbereiding van het monster
Eerst worden de eiwitten uit een cel- of weefselmonster geëxtraheerd. Aangezien eiwitten te groot en complex zijn om direct te worden geanalyseerd, worden ze "afgebroken" in kleinere delen, genaamd peptiden, door een proces dat vertering wordt genoemd (vergelijkbaar met eten).
Stap 2: Ionisatie
De peptiden worden vervolgens in de massaspectrometer ingevoerd, waar ze worden geïoniseerd. Dit betekent dat de peptiden elektrisch geladen worden, vergelijkbaar met wanneer je ballonnen aan je haar wrijft en ze dan aan de muur "plakken".
Stap 3: Vliegtuig door de massaspectrometer
De geladen peptiden worden door de massaspectrometer gestuurd. Het apparaat gebruikt elektrische velden om de peptiden te versnellen. Hoe lichter een peptide is, hoe sneller het zich door het apparaat beweegt. Het is alsof je verschillende maten ballen door een windtunnel blaast; de kleinere vliegen sneller dan de grotere.
Stap 4: Detectie
Aan het einde van de "vlucht" komen de peptiden aan bij een detector. De detector meet hoe snel elk peptide aankwam, wat iets zegt over zijn gewicht (meer specifiek, de verhouding van massa tot lading). Deze informatie wordt weergegeven in een spectrum dat eruitziet als een bergdiagram, met pieken die overeenkomen met verschillende peptiden.
Stap 5: Analyse van de gegevens
De verzamelde gegevens – het massaspectrum – worden vergeleken met een database die informatie bevat over bekende peptiden en eiwitten. Door deze vergelijking kunnen wetenschappers ontdekken, welke eiwitten in het monster aanwezig waren en in welke hoeveelheid.
Een massaspectrometer werkt dus als een zeer nauwkeurige weegschaal, die eiwitten in kleinere delen splitst, deze delen elektrisch oplaadt, ze vervolgens door een apparaat laat vliegen en meet hoe snel ze zich bewegen. Deze informatie helpt ons te begrijpen welke eiwitten in een cel of weefsel aanwezig zijn en hoe ze functioneren.
Conclusie over proteomica
De proteomica is een nog vrij jong onderzoeksgebied.Een van de eerste artikelen over dit onderwerp verscheen in 2000 in het gerenommeerde Lancet Journal onder de titel: „Preotomics: nieuwe perspectieven, nieuwe biomedische kansen“.
Sindsdien is er veel veranderd in het onderzoek. De methoden zijn steeds geavanceerder en goedkoper geworden, wat het mogelijk heeft gemaakt om proteomica op grotere schaal te onderzoeken. Door gebruik te maken van Kunstmatige Intelligentie (KI) kan de wetenschap de enorme hoeveelheden gegevens beter analyseren en zo met behulp van proteomica nieuwe biomarkers ontdekken of nieuwe therapieën ontwikkelen.
