Midden op de VUB-campus staat de Electron Cryogene Microsope. Deze unieke (en peperdure) reuzenmicroscoop kan de structuur van eiwitten driedimensionaal in beeld brengen - atoom per atoom. De CRYO ARM300 wordt overwegend voor fundamenteel onderzoek gebruikt, maar helpt ook bij de zoektocht naar nieuwe geneesmiddelen. De locatie is al even uniek: gebouw P1, de voormalige studentenkoten van Willy Van Der Meeren.
Binnenkijken in de vernieuwde VUB-labo's? Kom op 23 september 2025 naar de academische opening.
Een wirwar van kartonnen dozen en wisselstukken, waar hij op de een of andere manier nog zijn racefiets tussen geparkeerd kreeg: het kantoor van Marcus Fislage, facility manager van het Center for Bio Electron Cryogene Microsopy (BECM), heeft een hoog Jongens & Wetenschap-gehalte. Dat geldt ook voor de reuzenmicroscoop waar het in dit onderzoekscentrum om draait. Toen de CRYO ARM300 (aankoopprijs vier miljoen euro) hier in 2018 geïnstalleerd werd, was het samen met die in Glasgow ’s werelds eerste exemplaar buiten Japan, het land waar deze machines gemaakt worden. Hoe kwam dit toestel terecht in een gebouw waar vroeger studenten de geneugten van het kotleven ontdekten?
Rouslan Efremov
Professor Rouslan Efremov (VIB-VUB Centrum voor Structurele Biologie): “We zochten een ruimte die hoog genoeg was, want de microscoop is meer dan drie meter. De koten van Willy Van Der Meeren bleken een ideale oplossing. Het zijn prefab-constructies die zich flexibel voor andere functies laten ombouwen. In dit geval is het plafond tussen twee studentenkoten verwijderd om de vereiste hoogte te halen. De andere koten van de rode kotencluster zijn omgevormd tot onze kantoren en laboratoria.”
Emotioneel moment
In één van die laboratoria worden de eiwitten geprepareerd voor ze naar de microscoop gaan. De onderzoeker plaatst eerst een gezuiverd eiwitstaal op een piepkleine grid. Die wordt vervolgens razendsnel in vloeibare ethaan ondergedompeld, in een zogenaamde plunge freezer. Op enkele milliseconden tijd is het staal ingevroren tot op -200°C.
Rouslan Efremov: “Die supersnelle koeling heeft twee voordelen: de eiwitten behouden hun natuurlijke vorm en in het ijs vormen zich geen ijskristallen. Het resultaat is een enorm dun en perfect doorzichtig laagje ijs, waarin de gave eiwitten opgesloten zitten. Dit bevroren eiwitstaal wordt vervolgens in de cryo-elektronenmicroscoop geschoven en beschoten met een elektronenbundel, van boven naar beneden. Een camera onder het staal detecteert de elektronen die erdoorheen gaan en genereert per staal duizenden tweedimensionale beelden. Met gespecialiseerde software worden die ten slotte verwerkt en samengevoegd. Het resultaat is een hoge resolutie 3D-reconstructie van de eiwitstructuur, inclusief de stikstof-, zuurstof- en koolstofmoleculen in de aminozuren (de bouwstenen van de eiwitten).
Marcus Fislage
Marcus Fislage: “Voor veel wetenschappers is dit een bijzonder moment. Sommigen worden er bijna emotioneel van. Vaak doen ze al heel lang onderzoek naar een bepaald eiwit, maar is dit de eerste keer dat ze er een 3D-beeld van te zien krijgen.”
"De minste trilling heeft een impact op de werking van de microscoop en de kwaliteit van de beelden"
Kathleen, Karen en Kristel
Cryogene microscopie is geen millimeterwerk, maar een kwestie van nanometers en zelfs van Angstroms (tien keer kleiner dan een nanometer). Op atomair niveau dus. De minste trilling zal een impact hebben op de werking van de microscoop en de kwaliteit van de beelden.
Marcus Fislage: “De campus van de VUB is omringd door auto-, tram- en treinverkeer. Dat is goed nieuws voor de wetenschappers van buiten onze universiteit, die hier gemakkelijk raken met het openbaar vervoer en gebruik kunnen maken van de restaurantfaciliteiten. Geen overbodige luxe, want ze zijn hier meestal minstens een dag aan de slag. Maar die trillingen moesten we dus wel zien te vermijden.”
Het helpt dat de Van Der Meeren-koten in het midden van de campus staan, ver van het verkeer. Maar dat volstaat niet. Zelfs een slaande deur of een roepende student kan storende trillingen veroorzaken.
Marcus Fislage: “Daarom bestaat het fundament onder het toestel uit een laag beton van drie meter dik. Die rust op zijn beurt op metalen pijlers die zes meter diep de grond in gaan. De kamer is bovendien akoestisch uitstekend geïsoleerd, en we hebben een systeem dat de elektromagnetische signalen van het treinverkeer opvangt en neutraliseert voor ze mijn kamer kunnen binnendringen.”
‘Mijn’ kamer, zeg je? “Ja, ik neem mijn job als facility manager heel ernstig. (lacht) Ik heb het ook over ‘mijn’ microscopen. We hebben er hier drie, de CRYO ARM300 zelf en twee kleinere die dienen om de kwaliteit van de eiwitstalen te testen. We hebben ze zelfs een naam gegeven: Kathleen, Karen en Kristel.”
Rouslan Efremov: “De camera in de microscoop is van het type K3 en mijn kinderen waren fan van de meidengroep, vandaar.”
Marcus Fislage: “Momenteel zijn we een vierde microscoop aan het bouwen, een kleinere versie van de CRYO ARM300. Die kan een aantal routinematiger onderzoeken van de grote microscoop overnemen, maar is veel compacter en kost ook een pak minder: één miljoen in plaats van vier miljoen. Over een naam moeten we nog eens nadenken…”
“Hoe beter je de structuur en het functioneren van een eiwit begrijpt, hoe gerichter je op zoek kunt gaan naar geneesmiddelen"
Zoektocht naar geneesmiddelen
Alle gekheid op een stokje: Marcus heeft als facility manager wel degelijk een hele verantwoordelijkheid. Hij staat in voor het onderhoud van en de reparaties aan de toestellen (“het zijn supergesofisticeerde apparaten, dus er gaat snel iets stuk”) en voor de begeleiding van de wetenschappers die de infrastructuur komen gebruiken.
Marcus Fislage: “De onderzoekers zijn van de VUB zelf, maar ook van andere Belgische en soms ook buitenlandse universiteiten. Ook bedrijven, zoals de VUB-spinoff Confo Therapeutics, maken regelmatig gebruik van de BECM. Het is logisch dat je dure apparatuur zo goed mogelijk deelt. Het toestel is 24 uur op 24 en 7 dagen op 7 beschikbaar.”
De BECM wordt vooral ingezet voor fundamenteel onderzoek, maar de grens met medische toepassingen is snel overschreden. Elk eiwit heeft een unieke structuur en vervult een specifieke functie in een cel. Veel ziekten ontstaan omdat er op dit niveau iets fout loopt. Geneesmiddelen kunnen dit verhelpen. Ze binden specifiek op de moleculen van het eiwit die verantwoordelijk zijn voor bepaalde ziektes en oefenen daar een invloed uit. Prozac remt bijvoorbeeld de heropname van serotonine door zich te binden aan transporteiwitten. De zogenaamde ACE-remmers binden zich op het angiotensine-converterend enzym, een ander eiwit, en verlagen zo de bloeddruk.
Rouslan Efremov: “Hoe beter je de structuur en het functioneren van een eiwit begrijpt, hoe gerichter je op zoek kunt gaan naar geneesmiddelen. Farmaceutische bedrijven hebben veel kandidaat-moleculen die werkzaam zouden kunnen zijn tegen verschillende aandoeningen. Mede dankzij de BECM kunnen ze die sneller dan ooit testen en uitzoeken welke werken en welke niet.”
Marcus Fislage: “De beelden van de BECM zijn enorme gedetailleerd en kwalitatief, de softwareprogramma’s om ze te analyseren krachtiger dan ooit. Het verschil met tien jaar geleden is enorm. Toen was dit nog pure sciencefiction.”
Zo ontrafelen VUB-onderzoekers Alzheimer op atoomniveau
Deze video toont hoe onderzoekers met cryogene microscopie een 3D-reconstructie maken van gamma-secretase, een eiwit dat een belangrijke rol speelt bij de ziekte van Alzheimer.
Binnenkijken in het labo van VUB-wetenschappers?
Kom op 23 september 2025 naar de academische opening en ontdek de vernieuwde VUB-labo's
Op 23 september opent de VUB niet alleen het nieuwe academiejaar maar ook de deuren van haar labo’s. Ontdek live aan welke technologische innovaties en wetenschappelijke uitvindingen VUB-wetenschappers werken en binnenkort ‘hot news’ zijn in de media.
