Een team onderzoekers ontdekte een cruciale biochemische schakelaar voor het sneller of juist langzamer plaats laten vinden van geheugenvorming. Is het manipuleren van FXR1P de oplossing voor het behandelen van hersenziekten als bijvoorbeeld autisme en Alzheimer?
Op dit moment is de consensus onder neurologen, dat herinneringen bestaan uit groepjes verbonden neuronen, schakelcellen in de hersenen. Als zich nieuwe herinneringen vormen, worden er nieuwe verbindingen gelegd tussen neuronen.
In een nieuwe internationale studie, geleid door het Research Institute of the McGill University Health Centre (RI-MUHC), is een molecuul ontdekt dat de hersenfunctie en terughalen van herinneringen verbetert. Hun ontdekking heeft betekenis voor ziekten die met de ontwikkeling van het zenuwstelsel te maken hebben (zoals autisme) en neurodegeneratieve ziekten (zoals de ziekte van Alzheimer).
Meer of juist minder herinneringen laten vormen kan de sleutel zijn voor de behandeling van Alzheimer en/of autisme.
Het molecuul, het eiwit FXR1P (Fragile X Related Protein 1), beperkt de aanmaak van moleculen die nodig zijn voor het aan;eggenm van herinneringen, aldus RI-MUHC neurowetenschapper Keith Murai, de leidende auteur achter het artikel en Associate Professor in the Department of Neurology and Neurosurgery van McGill University. “Als dit remmende eiwit wordt onderdrukt, kan het brein meer informatie opslaan.”
Murai en zijn collega’s experimenteerden met muizen om uit te vinden hoe veranderingen in verbindingen tussen hersencellen nieuwe herinneringen produceren. Wanneer FXR1P selectief verwijderd wordt uit bepaalde hersenregio’s, worden nieuwe moleculen geproduceerd. Deze versterken het aantal verbindingen tussen hersenneuronen, wat samen bleek te hangen met een beter geheugen en sneller terughalen van herinneringen in de muizen.
Verband met hersenziekten
Volgens Murai kunnen we hier spreken van een verrassend resultaat. FXR1P is al langer bekend, maar dan als een eiwit dat de eiwitproductie via mRNA, rondzwervende ‘blauwdrukken’ van eiwitten die uit DNA zijn overgeschreven, controleert. De rol van FXR1P legt een nieuw werkingsmechanisme bloot, dat reguleert hoe het brein informatie verwerkt en dat relevantie kan hebben voor het begrijpen en behandelen van hersenafwijkingen.
Als veilige middelen worden ontdekt die FXR1P kunnen afremmen of juist stimuleren, kunnen artsen hiermee direct ingrijpen in de hersenen. Bij autisme worden de problemen, denkt men, veroorzaakt door een te groot aantal verbindingen tussen hersencellen. Hierdoor kan een autist vaak zeer veel informatie onthouden, maar wordt deze makkelijk overweldigd door de informatiestroom. Bij de ziekte van Alzheimer vallen juist steeds meer verbindingen tussen neuronen uit, waardoor deze geïsoleerd raken en afsterven. Het kan interessant zijn om bij bijvoorbeeld autisten de activiteit van FXR1P te versterken en in de hersens van Alzheimerpatiënten deze juistte verminderen, waardoor minder resp. juist meer hersenverbindingen worden gevormd.
Smart drugs
Een andere toepassing zouden smart drugs kunnen zijn. Voor studenten is het erg interessant om veel beter te kunnen leren in een examenperiode. Wellicht werken deze stoffen positief samen met al bestaande nootropica zoals modafinil en piracetam. Minder herinneringsvorming is dan weer nuttig om later psychotrauma te voorkomen, of voor criminelen om een sessie aan de leugendetector te overleven.
In een zeer onverwachte ontdekking, blijkt het chlorovirus ATCV-1, dat leeft op een algensoort, te leiden tot 10% minder visuele verwerking dan bij gezonde mensen. Het effect is gerepliceerd in muizen. Is dit het topje van de ijsberg?
Wat zijn algen?
Algen, vrijlevende eencellige planten (hoewel er enkele meercellige soorten bestaan, zoals zeewiersoorten), vormen de onderkant van de voedselketen in de oceanen. Dit fytoplankton wordt weer gegeten door zoöplankton, dat weer wordt gegeten door visselarven en andere kleine dieren. Algen, het moge duidelijk zijn, verschillen biologisch radicaal van de mens: de kleinste gemeenschappelijke taxonomische groep waarin algen en mensen voorkomen zijn de eukaryoten, organismen met een celkern en hiermee een van de drie grote levensdomeinen.
Een algenvirus injecteert een groene alg met virus-DNA. Bron: Meints en al., Virology (1984)
Wat is ontdekt?
In een groep van 92 psychiatrische patiënten werd in 43 van hen het virus aangetroffen in hun keelslijm. Deze groep besmette mensen bleek 10% slechter in staat om visuele problemen op te lossen dan niet-besmette leden van de groep geteste mensen[1]. Vanzelfsprekend kan dit ook door andere dingen komen die mensen die algenvirusdeeltjes binnenkrijgen vermoedelijk gemeen hebben, zoals blootstelling aan toxische stoffen uit een mariene omgeving, denk aan zware metalen of algatoxines van de gastheer-alg Acanthocystis turfacea. Vandaar dat de proef een vervolg kreeg bij muizen. Een groep werd met virusvrije algen gevoerd, een andere groep met besmette algen. Of sprake van besmetting was, werd door middel van DNA-testen vastgesteld bij de proefdieren. En inderdaad: ook hier werd een vermindering van hersencapaciteit aangetoond: doolhofleren nam af met 10% en de dieren besteedden 20% minder tijd aan het verkennen van nieuwe dingen. Hiermee is voldaan aan enkele eisen van het postulaat van Koch. Er is een ondubbelzinnig verband aangetoond tussen de ziekteverwekker en de ziektesymptomen.
Wat is het werkingsmechanisme?
De onderzoekers maten dat van enkele genen de activiteit veranderde. Deze genen hebben te maken met synaptische plasticiteit (aanpassingsvermogen van verbindingen tussen zenuwcellen), leren, het vastleggen van herinneringen en de immuunrespons op de blootstelling aan virussen.[2]
Waarom tast het virus de hersens van zoogdieren aan?
Er zijn verschillende redenen te bedenken waarom het virus deze effecten heeft. Toeval lijkt uit te sluiten. Daarvoor is de ingreep in het zenuwstelsel te effectief en doelgericht. Waarom gedraagt het virus zich zoals het doet, wat leverde de evolutionaire druk op het virus om zich op het zenuwstelsel van een toaal verschillend organisme te richten?
Het virus leeft, zo lijkt het, exclusief op algensoorten. Algen worden bejaagd door zoöplankton, dat weer bejaagd wordt door vissenlarven etc.
Een virus, zoals alle parasieten, gedijt bij een zo groot mogelijke gastheerpopulatie. Ook heeft het virus behoefte aan een effectieve verspreiding.
Mensen als onbedoelde slachtoffers in virusoorlog tegen vissen?
Het lijkt logisch te veronderstellen dat het virus ‘probeert’ de activiteit van de vijfde trofische laag, dat wil zeggen vissen, die de jagers op zoöplankton bejagen, te verminderen. Immers, hoe slechter deze vissen worden in jagen, hoe meer er op het zoöplankton wordt gejaagd en hoe meer de algen, en dus virussen die op algen leven, de kans krijgen. Ook is het niet onaannemelijk, dat vissen die minder tijd besteden aan jagen, meer migreren, dus virusdeeltjes verder verspreiden.
Vissen zijn biologisch gezien een zeer diverse groep. Alle zoogdieren, vogels, reptielen en amfibieën zijn, biologisch gezien, kwastvinnige vissen. In feite zijn wij nauwer verwant met de kwastvinnige coelacanth, dan de coelacanth is met niet-kwastvinnige vissen. Wij stammen met alle andere zoogdieren (en reptielen, en amfibieën) af van de klauterende kwastvinnige vis Tiktaalik, die aan land kroop. Met andere woorden: een breed-spectrum virus dat het brein van alle vissen manipuleert, zou ook heel goed de breinen van zoogdieren zoals mensen en muizen kunnen manipuleren.
Om deze hypothese te testen, zou het effect van het virus op vissen moeten worden uitgetest. Ook zal moeten worden uitgezocht of de verspreiding van het virus wordt bevorderd door ‘dommere’ vissen.
Het signaalmolecuul N-3-oxo-dodecanoyl-L-homoserine lacton, dat ziekteverwekkende Pseudomonas-bacteriën signalen geeft over de aantallen van hun buren, veroorzaakt celsterfte en stopt de migratie van alvleesklier-kankercellen. Dat meldt het vooraanstaande tijdschrift PLOS One.
Toen onderzoekers Senthil Kumar en Jeffrey Bryan van de universiteit van Missouri een cellijn met pancreas-kankercellen in vitro kweekten, stelden ze deze bloot aan een oplossing met N-3-oxo-dodecanoyl-L-homoserine lacton. Dit bleek een verrassend effect op de cellen te hebben. Niet alleen stopte het vormen van uitzaaiingen en kolonievorming, ook pleegde een aanzienlijk deel van de kankercellen zelfmoord (apoptose). De stof, die uit een relatief groot molecuul bestaat, heeft nogal veel moeite om door het celmembraan van kankercellen te komen. Vervolgonderzoek van de groep gaat zich dan ook richten op manieren om het molecuul effectiever de kankercellen binnen te wurmen. Lukt dit eenmaal, en valt het medicijn niet onderweg af wegens bijvoorbeeld giftige bijwerkingen, dan volgen dierproeven en pas dan klinische proeven op mensen. Ook wil de groep andere typen kankercellen onder handen nemen. Voor de alvleesklierkankerpatiënten bij wie de ziekte nu is gediagnosticeerd is dit helaas vaak te laat, slechts een paar procent haalt meer dan een jaar.
Opname met SEM-elektronenmicroscoop van een kolonie P. aeruginosa. Deze universele ziektenverwekker richt zich op zowel planten als dieren, waaronder de mens.
Alvleesklierkanker: zeer dodelijke kankersoort Alvleesklierkanker, verantwoordelijk voor 5% van alle kankergevallen, is een van de dodelijkste kankersoorten en de vierde oorzaak van sterfte aan kanker in de Verenigde Staten. 95% van de pancreaskankerpatiënten overlijdt, zelfs met de best bekende behandelingen, die dan ook voornamelijk palliatief (lijden-verlichtend bij het sterven) van aard zijn. De pancreas produceert spijsverteringssappen, maar ook insuline en is als zodanig van levensbelang voor ons lichaam. Als de pancreas het opgeeft ontstaat diabetes. Wat het hoge sterftecijfer aan alvleesklierkanker mede veroorzaakt is dat het lang duurt voor de eerste symptomen van de tumor zich manifesteren bij de patiënt. Alleen als de tumor de alvleesklier afklemt ontstaan eerder symptomen, waardoor de tumor snel wordt ontdekt en kan de kanker in een vroeg stadium behandeld worden. Zoals bij alle kankers, zijn de prognoses nog veel slechter zodra de kanker zich uitzaait.
Welke rol speelt de signaalstof N-3-oxo-dodecanoyl-L-homoserine lacton in Pseudomonas-bacteriën? Doorgaans is een enkele ziekteverwekkende bacterie, zoals de veelzijdige ziekteverwekker P. aeruginosa, nauwelijks opgewassen tegen het geweld van het immuunsysteem van dieren en de lokale populatie van goedaardige bacteriën. Anders wordt dit, als om welke reden dan ook, de populatie ziekteverwekkers een bepaalde kritische grootte bereikt. De bacteriën gaan dan samenwerken om een vrijwel ondoordringbare biofilm, een bacteriële mat, te vormen. Bacteriën communiceren met signaalstoffen. Als de concentratie van de signaalstof N-3-oxo-dodecanoyl-L-homoserine lacton een bepaalde drempel overschrijdt, is dat voor Pseudomonas aeruginosa het signaal om een biofilm te vormen, met doorgaans nare gevolgen voor de patiënt.
Update: in 2021 is nog steeds sprake van in vitro proeven. Ook tegen borstkanker blijkt de stof effectief, vooral tegen de meest agressieve kankercellen [2].
2. Balhouse, Brittany N., et al. “N-(3-oxododecanoyl)-L-homoserine lactone interactions in the breast tumor microenvironment: Implications for breast cancer viability and proliferation in vitro.” PloS one 12.7 (2017): e0180372.
Zou jij een medicijn gebruiken, dat het gevaar in zich heeft je meer fundamenteel te veranderen dan je lief is? In een achterbuurt van een toekomstige stad kiest een zwaargewonde man voor een experimentele nanodrug. Microscopisch kleine nanorobotjes slaan aan het verbouwen. De gevolgen zijn ingrijpend…
Filmmaker Patrick Kalyn laat in deze minifilm zijn meesterschap zien wat betreft special effects. Hopelijk zal het hem lukken nom voldoende sponsors te vinden om dit spectaculaire filmidee uit te bouwen tot een volwaardige speelfilm.
Wil je nog verder leven als het medicijn je verandert in iets onmenselijks?
Voor veel mensen en politici is de ebola-epidemie die in 2014 in West Afrika explodeert, een ver van mijn bed show. Een niet alleen onmenselijk, maar ook kortzichtig standpunt, zo blijkt uit een recente wiskundige analyse.
Met bloed gevulde blazen zijn een veel voorkomend symptoom van deze uiterst agressieve virusziekte.
Ebola in het kort
Het virus dat de ebola haemorrhagische koorts veroorzaakt is de meest voorkomende en ook dodelijkste variant van de familie der filovirussen. Het virus is in meer dan 50% van de besmettingen dodelijk. De ziekte heeft een incubatietijd van enkele dagen tot drie weken en begint met een zware hoofdpijn en koorts. Het virus is gelukkig pas besmettelijk na de incubatietijd, als de eerste symptomen zich openbaren. Het extreem agressieve virus begint vervolgens de weefsels van de patiënt af te breken, waardoor het lichaam langzamerhand in een bloederige pap verandert. Het virus wordt overgedragen door huidcontact en via alle lichaamsvloeistoffen. Het virus kan enkele weken overleven buiten het lichaam. Vermoed wordt dat het virus van oorsprong bij vruchtenetende vleerhonden, een familie van vleermuissoorten, voorkomt en hier zijn reservoir kent.
Epidemiologie. Links het totaal aantal besmettingen, rechts, het meest inzichtelijk, de nieuwe besmettingen per week. Let op de steile lijn omhoog in Liberia.
De ebola-epidemie van 2014
Eind 2013 werd het eerste sterfgeval van de huidige ebola-epidemie vastgesteld in het West-Afrikaanse land Guinee. In de maanden daarna verspreidde het zich over buurlanden Liberia (nu het zwaarst getroffen door de epidemie) en Sierra Leone. De ziekte lijkt nu ook overgeslagen te zijn op Senegal en Nigeria. De mortaliteit lijkt langzaam af te nemen: van meer dan 60% daalt deze nu tot rond de 50%. Hoewel de snelheid waarmee het virus muteert slechts 1% is van die van het welbekende influenzavirus, lijkt het er dus op dat varianten met een lagere mortaliteit zich nu ontwikkelen. Op het eerste gezicht lijkt dit een goed ding. Het gevaar is wel dat patiënten langer de gelegenheid hebben anderen te besmetten, wt de epidemie veel dodelijker maakt. Tot het moment van verschijnen van dit artikel (16 september 2014) neemt het aantal ziektegevallen exponentieel toe, vooral in het chaotische Liberia. In buurland Sierra Leone, waar de gezondheidszorg beter ontwikkeld is, is de exponentiële groei afgevlakt en in Guinea is de groei stabiel – ongeveer net zoveel nieuwe besmettingen als sterfgevallen en genezingen. In Liberia is het aantal klinieken ontoereikend om de ebola-epidemie te stoppen.
Wiskundige analyse: 70.000 tot 200.000 extra slachtoffers einde 2014
Epidemiologen Nishiura en Cowell analyseerden de verspreiding van ebola in de eerste maanden van 2014 en kwamen tot onheilspellende conclusies[1]. Volgens hen kan de epidemie uitgroeien tot 70.000 tot 200.000 nieuwe gevallen einde 2014, in het ergste geval. De besmettingsfactor ligt namelijk ruim boven 1: elke geïnfecteerde besmet gemiddeld meer dan 1 persoon.
Complicerende factor is de toenemende chaos in enkele omliggende landen. In Nigeria is een burgeroorlog aan de gang van het leger tegen de islamitische Boko Haram terroristen die nu grote delen van het noordelijke grensgebied met Kameroen in handen hebben. De gezondheidszorg in dit gebied ligt plat; gecombineerd met de enorme vluchtelingenstromen een ideale omgeving voor het ebolavirus om zich te verspreiden. Een uitbraak in Nigeria zou daarmee een grote ramp betekenen. Kortom: op het gevaar dat er middelen verspild worden, moet nu grootschalig ingegrepen worden, vooral in Liberia en Sierra Leone.
Ze vormen de spil in de gezondheidzorg voor ernstig zieken: medisch specialisten. Hun aantal groeit sterk. Hun inkomens zijn hoog. Maar zullen ze veilig blijven voor de oprukkende automatisering? IBM lanceert nu de gevreesde computer Watson op gezondheidszorgterrein. Zal technologie de kostenexplosie in de gezondheidszorg kunnen stoppen, zonder dat de gezondheidstoestand van de bevolking verslechtert?
17% zorgkosten door specialisten
De gezondheidszorg in Nederland is uitermate duur: per jaar geven we zo’n 70 miljard euro, dat is rond de vierduizend euro per Nederlander of iets meer dan achtduizend euro per huishouden, uit aan gezondheidszorg. Ondanks de zogeheten marktwerking kachelt de kwaliteit van de zorg elk jaar achteruit. Een niet onaanzienlijk deel van deze kosten worden veroorzaakt door medisch specialisten. Van de plusminus 60.000 geregistreerde artsen in Nederland is 17.000 medisch specialist. Het gemiddelde salaris van deze beroepsgroep ligt rond de 200.000 euro, waarmee hun salaris- en gedeclareerde kosten ongeveer op 17% van de totale zorgkosten worden begroot [1].
Niet operatierobots, maar juist supercomputers als IBM Watson zullen de meeste taken van medisch specialisten overnemen.
Schaarse en dure kennis
Medisch specialisten staan ingeschreven in het BIG register en vormen per specialisme een zogeheten beschermd beroep. Op zich is dit een logische maatregel: zoals we aan de affaire Jansen Steur zagen, verwoest een beunhazende medisch specialist mensenlevens. In de praktijk, zo wijst het drama rond Jansen Steur uit, blijkt de bescherming die BIG biedt dus vrij beperkt: is een specialist er eenmaal in gerold, dan moet er heel veel gebeuren voordat de registratie wordt geschrapt. Om medisch specialist te worden, moet een geneeskundestudent na zijn masterstudie (vijf jaar) nog drie tot vijf jaar als arts in opleiding actief zijn. Dat maakt de totale opleidingsduur voor een medisch specialist, gerekend vanaf de basisschool en de snelste opleidingsroute (via VWO en universiteit), rond de 22 jaar en de opleidingskosten voor een medisch specialist, variërend van € 104.000 voor een “beschouwende”specialist tot rond de € 172.000 voor een chirurgijn – vanaf de opleiding geneeskunde gerekend – tot de hoogste in Nederland[2]. Door die hoge kosten is er een zogeheten numerus fixus actief voor geneeskundeopleidingen. Het resultaat is dat er slechts een beperkt aantal geneeskunstenaars afstuderen en hun onderhandelingspositie sterk is. Goedkoop blijkt dus duurkoop: bij een groter aantal medisch specialisten is er meer werkloosheid waardoor hun onderhandelingspositie verzwakt. Nu slagen vrij gevestigde medisch specialisten erin om een naar Europese begrippen zeer hoog inkomen in de wacht te slepen.
IBM Watson overtreft specialisten in diagnoses
Medisch specialisten voeren twee hoofdtaken uit: diagnosticeren, dat wil zeggen: vaststellen aan welke kwaal een patiënt lijdt, en een behandelingsstrategie vaststellen en dirigeren: de meest geschikte behandeling voor een patiënt vaststellen. Onderdeel hiervan kan doorverwijzing naar andere specialisten zijn. Dit gebeurt ook geregeld. Een misdiagnose is een persoonlijk drama. Op grond hiervan wordt een volkomen verkeerde behandeling, vaak ook gevaarlijke, voorgeschreven, waardoor medicijnschade ontstaat en de oorspronkelijke kwaal voortwoekert. Dit geldt in mindere mate ook voor een slechte behandeling. Artsen maken deze fouten, omdat ze niet op de hoogte kunnen zijn van alle wetenschappelijke ontwikkelingen. De reden dat de specialisten die dat wel kunnen, het hoogste betaald worden.
Paradoxaal genoeg worden niet de basisartsen, maar deze topspecialisten bedreigd door oprukkende expertsystemen[3]. Hun expertise bestaat voornamelijk uit het reproduceren van data en patroonherkenning. En laat dat laatste, patroonherkenning, nu net datgene zijn waar computers nu snel beter in worden. Enkele jaren geleden versloeg IBM-computer Watson de beste menselijke deelnemer aan de kennisquiz Jeopardy. IBM laat nu een team experts medische handboeken massaal in Watson inladen. De eerste resultaten zijn er al. Watson blijkt nauwkeuriger diagnoses te stellen dan een second opinion arts. IBM wil deze kennis nu commercialiseren[4]. Dit betekent goed nieuws voor patiënten, omdat ze nu een betere behandeling krijgen voor minder geld. En de superspecialisten? Die kunnen zich maar beter wat bescheidener opstellen. De nederige huisarts, waar ze toch vaak op neerkijken, zou wel eens betere overlevingskansen kunnen hebben dan zij.
Een dwarslaesie betekent nu niet meer, dat een patiënt de rest van het leven in een rolstoel moet doorbrengen. Dankzij een nieuw ontwikkeld implantaat van de Kentucky Spinal Cord Injury Research Center aan de Amerikaanse University of Louisville in Kentucky, kunnen nu al tientallen mensen weer lopen.
Het implantaat wekt als het ware de ruggengraatzenuwen weer tot leven door stroomstootjes af te geven. Het ontwijkt de beschadigde plek, waardoor de hersensignalen weer de spierenj in de benen bereiken kunnen. Hoewel het implantaat nog verder verbeterd moet worden, kunnen tientallen patiënten nu weer lopen.
Veel ziekten worden veroorzaakt door kleine defecten in DNA, de lange genetische codes dragende moleculen in de menselijke celkern. Nanorobots, als ze tenminste voldoende geavanceerd zijn, zijn in principe in staat deze te repareren, bijvoorbeeld door een verkeerd geplaatste nucleotide te vervangen door het juiste nucleotide. Hieronder het proces zoals het zou kunnen plaatsvinden.
Al miljarden jaren bestaan er ribosomen, biologische RNA-lezende nanorobots. Dat er in de natuur al effectieve nanorobots bestaan, toont aan dat deze techniek krachtig is en in de toekomst veel afschuwelijke ziekten structureel kan genezen.
Een team onderzoekers is erin geslaagd om celveroudering in oude muizen terug te draaien. Dit had tot gevolg dat de lichamen op verschillende manieren jonger werden. Deze ontdekking kan grote gevolgen hebben om ouderdomsziekten te begrijpen en te genezen.
Mitochondriën als energiecentrales
De eerste cellen waren niet in staat om zuurstof te gebruiken. Pas toen ongeveer 1 miljard jaar geleden onze vooroudercellen gingen samenwerken met vrij levende bacteriën, die wél in staat waren zuurstof te gebruiken, kon zich meercellig leven ontwikkelen. De nakomelingen van deze vrij levende bacteriën zijn mitochondriën, die inmiddels het grootste deel van hun DNA verloren hebben, maar nog steeds een sleutelrol vervullen in onze cellen. Mitochondriën produceren ATP, de energieleverancier voor alle energiegebruikende enzymen in de cel. Enzymen zijn grote eiwitmoleculen, een soort nanorobots, die elk een bepaalde chemische omzetting doen. Mitochondriën laten glucose of vetten via een ingewikkeld proces (de citroenzuurcyclus) met zuurstof regeren en geven de vrijgekomen energie als ATP (en NADPH/NADP+, met het paar NADH/NAD+, dat een vergelijkbare rol als ATP vervult en ook elektronen levert) af. Straks meer over NAD+, de gereduceerde versie van NADH.
Foto’s C en D zijn op latere leeftijd genomen van resp. muizen A en B. Bron: J.D. Boer et al, Premature ageing in mice deficient in DNA repair and transcription, Science, 2002
Haperende mitochondriën
Mitochondriën produceren enkele enzymen zelf, maar sommige enzymen, die voor de omzetting van suikers en vetten in ATP nodig zijn, worden door de celkern geproduceerd. Daarom moeten mitochondriën en de celkern precies op elkaar afgestemd zijn. Als we ouder worden, werken mitochondriën minder goed. Het gevolg kan onder meer de ziekte van Alzheimer en diabetes zijn. Om uit te vinden hoe dit kwam, bestudeerde Ana Gomes van Harvard Medical School met haar collega’s de concentraties van messenger RNA (mRNA) die coderen voor ademhalingsenzymen in de skeletspieren van zes maanden oude en 22 maanden oude muizen (tweejarige muizen zijn bejaard).
mRNA is de tussenstap bij het vertalen van DNA in een enzym, en valt in enkele dagen uit elkaar, dus hiermee weet je precies welke enzymen op het moment van de meting geproduceerd worden. Ze ontdekten, dat de hoeveelheden mRNA in de celkern bij oude muizen niet verminderden, maar het door mitochondriën geproduceerde mRNA wel. Met andere woorden: het zijn de mitochondriën die haperen bij ouderdom, niet de celkern, die nog steeds trouw enzymen aanmaakt.
Gebrek aan SIRT1
Deze veranderingen kwamen ook voor in muizen die niet beschikten over het enzym SIRT1. Al langer is bekend, dat dit enzym verhoogd voorkomt bij voedselbeperking en langere levensduur. Deze muizen, alsmede oude muizen, hebben ook een hoger niveau aan het door de celkern geproduceerde eiwit hypoxia inducible factor (HIF-1α). Het lijkt erop, dat de communicatie tussen de celkern en de mitochondria afhangt van een kettingreactie, waarvan HIF-1α and SIRT1 onderdeel uitmaken. Zolang het SIRT1 gehalte in de cel hoog blijft en de celkern goed communiceert met de mitochondria, is geen sprake van veroudering.
Uit eerder onderzoek is bekend dat NAD+ (geproduceerd door mitochondriën) SIRT1 in conditie houdt. Ook is bekend, dat om onbekende redenen de produtie van NAD+ in oude cellen afneemt, hoewel niemand weet waarom. Dit stopt de communicatie tussen de voormalige bacterie en de celkern.
NAD-productie opkrikken met nicotinamide mononucleotide: elixir van de eeuwige jeugd ontdekt? Het onderzoeksteam vroeg zich af of het mogelijk was om de communicatie tussen celkern en mitochondria weer te herstellen. Bijvoorbeeld door het SIRT1 gehalte in de cellen op te vijzelen. Om dit te testen, werden de bejaarde muizen twee keer per dag geïnjecteerd met nicotinamide mononucleotide (NMN) – een molecule, waarvan bekend is dat het het NAD-niveau in cellen omhoog jaagt (en dus SIRT1 herstelt). Aan het eind van de week lijken de bejaarde muizen herboren. Het wegteren van de spieren en ontstekingsreacties stopt en de muizen hebben zelfs een ander type spieren ontwikkeld, dat meer lijkt op dat van jonge muizen van zes maanden oud. Gomes blijft, zoals een goed wetenschapper betaamt, voorzichtig. “We ontdekten dat het manipuleren van deze kettingreactie de functie van mitochondria kan verbeteren en bepaalde ouderdomziekten in oude muizen kan afremmen, en op deze manier ons een nieuwe methode verschaft om bepaalde verouderingsverschijnselen terug te draaien,” aldus Gomes. Zou NMN, nu al door sommigen aanbevolen als voedingssupplement voor diabetes type II patiënten, het voedingssupplement van de toekomst worden?
Bron:
Ana Gomes et al, Declining NAD+ Induces a Pseudohypoxic State Disrupting Nuclear-Mitochondrial Communication during Aging, Cell, DOI: 10.1016/j.cell.2013.11.037
Ernstige ziekten als hiv vereisen voortdurende controle van het bloed van patiënten. In welvarende landen is er een wijdvertakt netwerk van klinieken. In Centraal-en zuidelijk Afrika, waar nauwelijks artsen zijn op het platteland, is dat helaas anders. Een slimme Californische uitvinder bedacht de oplossing, genaamd BluBox. Voor rond de $ 100 kunnen patiënten nu hun eigen bloed afnemen en analyseren. Daardoor weten ze hoeveel aidsremmers ze moeten innemen.
BluBox maakt op slimme manier gebruik van de specifieke technieken in de DVD speler. Zo dient de snel ronddraaiende BluRay-DVD schijf als bloedcentrifuge. De Blue-Ray afleeskop doet, in combinatie met software, dienst als bloedcellenteller. Dit bewijst weer, dat met enige creativiteit heel veel peperdure apparaten kunnen worden vervangen door goed werkende, veel goedkopere oplossingen.
