Een aantal voorbeelden van bioinformatica


Je hebt misschien al wel gezien dat bioinformatici bij heel veel dingen betrokken zijn. Op deze laatste pagina beschrijven we zomaar een aantal projecten waar Nijmeegse bioinformatici bij betrokken zijn geweest de afgelopen jaren. Deze lijst is natuurlijk niet compleet, maar geeft toch wel een aardige indruk van het type projecten waar onze studenten aan werken.

 

De chemie van haat en liefde 

 

De grootste eiwit familie in je lichaam zijnde zogenaamde GPCRs. GPCR staat voor "G Protein-Coupled Receptor" maar dat vergeten voor nu we maar even. De GPCRs zitten in de de celmembranen (de celmembraan is zoiets als de buitenmuur van de cel) van bijna alle cellen. Ze vangen daar signalen op die buiten langs de cel 'zwemmen' en vertellen de binnenkant van de cel dat ze dat signaal gezien hebben. Dat is een handige truc, want nu kan de cel die signalen opvangen en toch de celmembraan lekker dicht laten zodat verkeerde molekulen niet zo maar naar binnen kunnen.

 

 GPCR

 

 

 

Een GPCR. Klik op het plaatje om bij onze database te komen.

 

 

 

 

 

 

 

 

Deze familie is erg belangrijk. De molekulen in je ogen die het licht opvangen zijn GPCRs. Je heb GPCRs in je oren. Je hebt ongeveer 1000 verschillende GPCRs in je neus om mee te ruiken. Een gedeelte van je smaak wordt door GPCRs geregeld. En GPCRs zijn betrokken bij voelen van warmte, kou, druk, pijn. Omdat GPCRs de boodschappers in je lichaam zijn, zijn ze ook heel geschikt om medicijnen tegen te maken. Van alle medicijnen die je bij de apotheek zou kunnen kopen werkt meer dan 50% op een GPCR.

Maar hoe zit dat nu met haat en liefde? Wel, je hebt nog een heleboel GPCRs in je lichaam, vooral in je hersenen. Dopamine receptors en endorfiene receptors bijvoorbeeld spelen een grote rol bij 'je plezierig voelen'. Drugs waar je dus NEE tegen zou moeten zeggen maken daar gebruik van. Door de GPCRs in je hersenen op de juiste manier aan te slaan kun je een kort moment van totale euforie bereiken. Maar ja, daar zit dus wel een nadeel aan dat dat maar een paar keer werkt. Daarna zijn je hersenen zo in de war dat je die rommel permanent nodig hebt om je bij benadering een beetje normaal te voelen. Nee, dan kun je beter meer gewoon verliefd worden. Dat is leuker, gezonder, en meestal nog veel goedkoper ook.

Hoe werkt dat dan, verliefd worden? Wel, simpel. je hebt GPCRs die signalen verwerken die van alle sensorische sytemen komen. Goede signalen worden omgezet in signalen die hele kleine hoeveelheden van de stoffen in de hersenen los maken die je je plezierig laten voelen. Een beetje hetzelfde dus als drugs, maar nu beheersbaar en daardoor niet zo ongezond. De GPCRs die gespecialiseerd zijn in 'je gelukkig laten zijn' vangen die stofjes op, en je bent gelukkig. Dat is dus eigenlijk heel simpel. En als je nu alle goede signalen tegelijk krijgt: ruikt goed, ziet er goed uit, fijne stem om naar te luisteren; maar ook onderbewuste signalen, zoals heeft dezelfde kleur jurk als je oma toen je op je vierde verjaardag je eerste fiets kreeg, of zoiets dergelijks, nou dan triggeren alle GPCRs die je gelukkig laten voelen tegelijk, en word je verliefd. En net zoals een bepaalde combinatie van GPCRs voor verliefdheid zorgt zijn er ook GPCRs voor depressie, haat, en andere slechte/onplezierige gevoelens.

Goed, in deze korte uitleg hebben we natuurlijk een paar dingen overgeslagen, maar in grote lijnen klopt dit verhaal toch wel. En wat nu zo leuk is, is dat je aan die dingen kunt rekenen.

 

De chemie van haat en liefde tussen molekulen

 

De aantrekkings kracht tussen mensen is uiterst gecompliceerd en bevat zoveel termen en randvoorwaarden dat het nog wel even zal duren voordat we daar een goed inzicht in krijgen. De aantrekkings kracht tussen molekulen is een heel stuk eenvoudiger.

Als molekulen niet heel erg dicht bij elkaar zitten, dan wordt de aantrekkings kracht voornamelijk bepaald door hun ladingen. Plus en min trekken elkaar aan, en plus-plus en min-min stoten elkaar af. Simpel genoeg, als het niet knap ingewikkeld was om die ladingen te berekenen.

Een van onze promovendi werkt aan dit onderwerp. Hij werkt aan suiker knippende eiwitten. Aangezien suiker knippende eiwitten ook in waspoeders gestopt worden wordt dit project betaald door een waspoeder firma.

 

amylase

 

 

 

 

Een amylase.

 

 

 

 

 

 

 

Het knippen van suikers door een amylase wordt gestuurd door electrostatische krachten. Binnen de active site worden electronen van het ene atoom naar het andere atoom gezogen. Daarbij wordt een situatie geschapen waarbij een water tussen twee suiker eenheden wordt 'geplakt'. En zodra dat plakken (en het splitsen van het water molekuul in een OH- en een H+) gelukt is, is het suiker geknipt. De electrostatica berekeningen aan dit amylase zijn gepubliceerd.

 

De complexiteit van simpelheid

 

 

Als je naar de sequentie (=volgorde van de aminozuren) van een eiwit kijkt dan zie je bijvoorbeeld:

 

    1-  50  ATPADWRSQS IYFLLTDRFA RTDGSTTATC NTADQKYCGG TWQGIIDKLD
   51- 100  YIQGMGFTAI WITPVTAQLP QDCAYGDAYT GYWQTDIYSL NENYGTADDL
  101- 150  KALSSALHER GMYLMVDVVA NHMGYDGAGS SVDYSVFKPF SSQDYFHPFC
  151- 200  FIQNYEDQTQ VEDCWLGDNT VSLPDLDTTK DVVKNEWYDW VGSLVSNYSI
  201- 250  DGLRIDTVKH VQKDFWPGYN KAAGVYCIGE VLDGDPAYTC PYQNVMDGVL
  251- 300  NYPIYYPLLN AFKSTSGSMD DLYNMINTVK SDCPDSTLLG TFVENHDNPR
  301- 350  FASYTNDIAL AKNVAAFIIL NDGLPIIYAG QEQHYAGGND PANREATWLS
  351- 400  GYPTDSELYK LIASANAIRN YAISKDTGFV TYKNPYIKDD TTIAMRKGTD
  401- 450  GSQIVTILSN KGASGDSYTL SLSGASYTAG QQLTEVIGCT TVTVGSDGNV
  451- 478  PVPMAGGLPR VLYPTEKLAG SKICSDSS
 

En als je daar een tijdje naar kijkt, dan valt je hooguit op dat daar 20 letters redelijk chaotisch door elkaar staan. Die 20 letters (ACDEFGHIKLMNPQRSTVWY) staan voor de 20 aminozuren waaruit de meeste eiwitten zijn opgebouwd.

 

Echter, soms ziet zo'n sequentie er anders uit. Bijvoorbeeld:

 

    1-  50  SLLLSSLLSL LLAFLLSLLS SELIDLFNST SINHDVQCVV ASTFVHLAMT
   51- 100  KERLSHPKFV IAAQNAIAKS GAFTGEVSLP ILKDFGVNWI VLGHSERRAY
  101- 150  YGETNEIVAD KVAAAVASGF MVIACIGETL QERESGRTAV VVLTQIAAIA
  151- 200  KKLKKADWAK VVIAEEEEEE EEEEEEATPQ QAQEAHALIR SWVSSKIGAD
  201- 249  VAGELRILYG GSVNGKNART LYQQRDVNGF LVGGASLKPE FVDIIKATQ
 

Als je hier ook maar even naar kijk zie je dat het begin van de sequentie erg veel L en S bevat (die staan voor Leucine en Serine, twee van de 20 amino zuren). Verder zullen de 12 glutamine zuren (E = glutamine zuur) ook wel opvallen. Zulke gebieden noemen we 'lage complexiteits gebieden'.

Je zou zo op het eerste gezicht denken dat zo'n rijtje van 12 E's makkelijker te begrijpen is dan bijvoorbeeld de sequentie: VLGHSERRAY. Maar schijn bedriegt. Die stomme stukken met lage complexiteit willen niet kristalliseren, en geven heel weinig signaal in een NMR spectrometer (kristallografie en NMR zijn twee manieren om de struktuur van eiwit te bepalen). We kunnen dus maar heel weinig over hun struktuur zeggen. Daarom hebben we een overzicht gemaakt van alle bekende lage complexiteits gebieden in alle bekende sequentie databases. En daaruit konden we een hoop leren.

Op die manier hebben we een beetje van de complexiteit van deze op het eerste gezicht simpele sequenties weten weg te werken. Voor de toekomstige bioinformatica student liggen er hier nu bijna honderd erg belangrijke lage complexiteit motieven op een grondige studie te wachten. En de biologen, medici en molekulaire biologen wachten op jouw resultaten voordat ze met hun werk verder kunnen.

 

Andere projecten

 

We kunnen natuurlijk nog uren doorgaan met het beschrijven van projecten. Maar aan alle goede dingen komt een einde, zo ook aan deze informatie voorziening. Kijk nog maar eens naar de pagina met pointers naar projectjes welke we met biologen van over de hele wereld hebben uitgevoerd. Dit zijn geen echte slikke verkoop pagina's, maar gewone pagina's waarop wetenschappers data en ideeën uitwisselen. Maar toch, de gewone dingen geven vaak nog het beste aan waar het nu eigenlijk om gaat, met plezier bezig zijn en relevante problemen aanpakken.

 

Slotwoord

 

Ik hoop dat deze informatie pagina's een beetje een indruk hebben kunnen geven van wat bioinformatica nu eigenlijk is. Ik hoop dat jullie deze pagina's met plezier zullen lezen, en ik hoop dat we veel van jullie als student terug zullen zien. Nederland heeft bioinformatici nodig, veel en snel. Jullie zouden daarop het antwoord moeten zijn. Mochten er door deze pagina's vragen opgeworpen zijn, bel dan rustig met de secretaresse en maak een afspraak om eens te komen praten. Je bent altijd welkom!

 

Gert Vriend
Bioinformaticus

CMBI

RU Nijmegen 

 

 

back