Waar wij trots op zijn - Ontdekker van het jaar - Universiteit Leiden

Marthe Walvoort
Leids Instituut voor Chemisch Onderzoek
Feilloos moeilijke suikers maken
Marthe Walvoort ontwikkelde een methode om zeer gecompliceerde
suikerketens geautomatiseerd te maken – zelfs suikers
die je op de traditionele manier niet kunt maken.
Biomoleculen zijn net Lego: ze zijn opgebouwd uit losse bouwstenen.
Dat bouwen gebeurt in levende organismen, maar chemici
kunnen het ook in het lab. Vooral het maken van eiwit- en
DNA-moleculen is tegenwoordig een routineklus. Voor suikers
ligt dat anders: die zijn veel lastiger te synthetiseren. Chemicus
Marthe Walvoort ontwikkelde een methode om zelfs de meest
ingewikkelde suikerketens te maken – en dan ook nog geautomatiseerd,
dus met behulp van een apparaat.
“Chemici willen graag meer controle hebben over suikersynthese
in het lab”, vertelt Walvoort, “want suikers spelen een belangrijke
rol in de natuur. Als je hun functie goed wilt bestuderen, om
uiteindelijk met die kennis iets nuttigs te doen, dan zul je die
suikers in het lab moeten maken.” Suikers, zo vertelt Walvoort,
zijn bijvoorbeeld een belangrijk bestanddeel in de celwand van
bacteriën en schimmels. Daardoor zijn ze bepalend voor de
interactie van deze micro-organismen met hun omgeving –
en dus ook met het immuunsysteem van mensen die ermee
besmet raken. “Als je de suikerketens van ziekteverwekkers kunt
namaken”, schetst Walvoort, “dan kun je daarmee bijvoorbeeld
iemands immuunsysteem aanzetten tot het maken van antistoffen.
Dan heb je de basis voor een vaccin.”
Maar waarom zijn suikerketens zo lastig te maken? Walvoort:
“Dat komt doordat ze een veel grotere verscheidenheid vertonen
dan DNA en eiwitten. DNA is opgebouwd uit maar vier verschillende
basen, en eiwitten uit maar twintig verschillende
aminozuren – maar er is een enorme verscheidenheid aan suikerbouwstenen,
die ook nog eens via vertakkingen aan elkaar vast
kunnen zitten.” Het lastige is ook nog eens dat je die bouwstenen
niet op een willekeurige manier aan elkaar kunt plakken. Het
maakt uit welk gedeelte van de moleculen je aan elkaar koppelt,
en ook wat hun onderlinge oriëntatie daarbij is. Als twee moleculen
bijvoorbeeld zijn opgebouwd uit precies dezelfde atomen,
maar ruimtelijk gezien elkaars spiegelbeeld zijn, dan hebben ze
al andere chemische eigenschappen.
Suikers in elkaar zetten is daarom van oudsher handwerk, vertelt
Walvoort. Je past de bouwstenen chemisch zodanig aan dat je
precies weet hoe ze in elkaar zullen vallen als je ze bij elkaar doet.
“Om een nieuwe suiker te maken uit twee bouwstenen, moet je
ervoor zorgen dat de ene bouwsteen een zijgroep verliest”, legt
de chemicus uit. “Daardoor wordt die bouwsteen reactief en kan
hij zich hechten aan de andere bouwsteen. Dit is wat we noemen
een ‘suikerkoppeling’, en de belangrijkste reactie om als suikerchemicus
onder controle te hebben.”
Walvoort noemt een voorbeeld: een ester aan de suikerring
heeft een grote invloed op het reactieve intermediair van een
mannosesuiker, en zorgt er tegelijkertijd voor dat de tweede
bouwsteen de eerste maar op één manier kan benaderen. Door
met die parameters te schuiven, kun je in theorie allerlei gewenste
suikercombinaties maken – maar het precisiewerk was tot nu
toe nog niet te automatiseren. Walvoort: “Het was vaak een
27