Een maand lang geen onderzoek kunnen doen. Dat was volgens Hugo Bakker, research analist en labmanager bij de vakgroep Moleculaire Enzymologie van het Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute (GBB), het enige nadeel aan de verhuizing van het lab naar het Feringa gebouw. “Ook al zijn we maar een paar honderd meter opgeschoven, toch moest daarvoor alles worden ingepakt en weer uitgepakt.”

“En weggegooid’, voegt hij daar aan toe, “want tientallen jaren op dezelfde plek is –zeker met een vrij constante doorloop van onderzoekers– bijna een garantie op een surplus aan (verouderde) apparatuur ergens in een verlaten hoekje en chemicaliën, die voor een onderzoek zijn aangeschaft, waarvan de promovendus allang weer is gevlogen.”

Promovendus Lars Santema (links) overlegt met één van zijn studenten in het nieuwe lab van de vakgroep. Op de achtergrond zijn de gebouwen te zien waar Moleculaire Enzymologie jarenlang was ondergebracht.

Goed voorbereid

Om alleen nog maar de chemicaliën mee te verhuizen die nog worden gebruikt is Henriette Rozeboom, de collega van Hugo, die onder meer veiligheid in haar portefeuille heeft, al meer dan een jaar voor de verhuizing begonnen met het ordenen van de chemicaliën. “Alleen al de vele naamswijzigingen van onze onderzoeksgroep –hiervoor heette die Biokatalyse en Biotransformatie, daarvoor Biotechnologie en nog verder terug in de tijd Biochemie– laten hun sporen na in de chemicaliënopslag. Henriette heeft potje voor potje, fles voor fles, gecheckt hoe oud de inhoud is, wat er weg kan, wat we moeten houden. Voor alles wat weg kon hebben we een afvalbedrijf in de hand genomen dat gespecialiseerd is in chemisch afval. We plaatsten hiervoor iedere pot of fles in een container en schreven daar bovenop het kastnummer en het productnummer van Sigma of van een andere chemicaliënleverancier. Het afvalbedrijf haalde de containers op en zorgde voor de verdere verwerking.”

Ook al zijn we maar een paar honderd meter opgeschoven, toch moest daarvoor alles worden ingepakt en weer uitgepakt.

Nieuwe bestemming

Voor de selectie van de analyse-apparatuur is Hugo in de weer geweest. “We hadden best wel veel apparatuur, die niet meer werd gebruikt. De verhuizing was het ideale moment om daar kritisch naar te kijken. Hoeveel hebben we echt nodig? Ik had bijvoorbeeld wel tien HPLC's, waarvan er maar vier echt werden gebruikt. Maar die tien HPLC's, die vergen allemaal wel jaarlijks onderhoud en nemen tafelruimte in beslag.”

In het geval van de HPLC’s hoefde er geen gespecialiseerd afvalbedrijf te worden ingeschakeld. “We hebben enkele HPLC's gedoneerd aan de HBO-instelling NRL Stenden in Leeuwarden. Ook staat er nu apparatuur van ons in Argentinië. Een postdoc van onze groep is daar een eigen onderzoeksgroep begonnen. Die hebben we zo mooi op weg kunnen helpen.”

Trillingsvrij

Voor de verhuizing zelf was er per groep een paar dagen ingeruimd. “Twee weken voor die dag is al het onderzoek stil gelegd en zijn we begonnen met inpakken. De hele groep heeft hierbij meegeholpen. Ook is contact opgenomen met leveranciers voor verhuisinstructies van specifieke apparatuur en machines. Uiteindelijk is alles in kisten, pallets of dozen met een palletwagen of met alleen wieltjes eronder over een speciaal geëgaliseerd pad tussen het oude gebouw aan de Nijenborgh en het Feringa gebouw getransporteerd en via een speciale trillingsvrije goederenlift naar de vierde verdieping gebracht. Een week daarna konden de onderzoekers weer grotendeels aan het werk.”

Enorme verbetering

Hugo is zeer in zijn nopjes met het nieuwe lab. “Ik kan mij hier beter focussen op het werk. In de oude situatie was ik vaak probleemoplossend bezig. Dan had je een lekkage of de stroom viel af en toe uit. Zuurkasten, die niet meer zo heel lekker werkten. Het was wel nog allemaal veilig; dat werd echt wel gecontroleerd. Maar je was wel de hele dag aan het troubleshooten. Dat heb je nu niet meer.”

Het binnenklimaat is een ware verademing. Het thermopane glas in het oude lab stamde nog uit de tijd dat het gebouw is neergezet, ergens in de jaren zestig van de vorige eeuw. “Dus we hadden heel erg fluctuerende temperaturen. Nu is dat heel stabiel. Wat daaraan bijdraagt is dat we geen direct zonlicht in het lab hebben, wat ook voor lichtgevoelige chemicaliën een uitkomst is.”

Efficiënte indeling

Qua vierkante meters zijn de Groningse onderzoekers er niet op vooruitgegaan, maar door de efficiënte indeling zijn de werkplekken veel ruimer en de loopafstanden kleiner. “In de oude setting was alles nogal hokkerig. Als ik van het ene lab naar het andere moest was ik daar best veel tijd mee kwijt. Nu is alles mooi compact bij elkaar. In het midden is het centrale lab, een grote overzichtelijke ruimte waar de onderzoekers links en rechts van de looproute hun vaste werkplek hebben. Dat waren vroeger ook verschillende ruimtes”, vertelt Hugo. Rondom het centrale lab zijn er nog wel enige aparte ruimtes, voor wegen, chemicaliënopslag en weefselkweek.

De apparatuur is geconcentreerd aan de beide zijkanten. Aan de ene kant is een analytisch lab, onderverdeeld in een sectie voor kleine en een deel voor grote moleculen, met vooral HPLC's, UPLC’s, FPLC's en plate readers. Helemaal aan de andere kant is ook een analytisch lab, maar dan meer voor het grotere volumewerk. Daar staat ook een fermentor en een vrij uniek instrument, de ‘stopped-flow’, waarvan er in Europa maar enkele te vinden zijn.

Blik in het centrale lab waar iedere onderzoeker een ruime werkplek heeft.

Stopped-flow instrument

“Die stopped-flow is echt een heel gave machine, en ook wel een van de duurdere apparaten op ons lab. In essentie is het gewoon een speciale spectrofotometer. Alleen kan deze heel snel, binnen een milliseconde, twee monsters mixen en dan fluorescentie of absorptie meten. Een typisch experiment is het meten van halfreacties, dus de oxidatie of de reductie. Je gaat daarbij uit van twee sample vials. In ene zit je buffer met substraat; in de andere je enzym. Het apparaat mixt dat in een fractie van een seconde en via de spectrofotometrische meting kan je dan zien hoe snel het substraat aan het enzym bindt, of hoe snel het een reactie aangaat met het enzym”, licht Hugo toe.

Ik vind het een pré als een product van Europese makelij is.

Nanofotometer

Zeker niet het duurste instrument, maar wel het nieuwste, want samen met een vriezer het enige nieuw aangeschafte apparaat, is de NP80 Nanophotometer van Implen. “De vorige kleinvolume UV/Vis spectrofotometer was ruim vijftien jaar oud en riep vragen op wat betreft de betrouwbaarheid en accuratesse van de metingen. Ik ben daarop gaan kijken wat er op de markt verkrijgbaar is. Ik vind het een pré als een product van Europese makelij is. Daarbij wil ik ook niet per se vasthouden aan een apparaat dat wordt beschouwd als de industriestandaard. Ik kijk graag verder, naar wat er nieuw ontwikkeld is. Daarbij kwam ik terecht bij het Duitse bedrijf Implen, dat in Nederland wordt vertegenwoordigd door Westburg Life Sciences. Na een demo was ik ervan overtuigd dat dit een goed alternatief zou zijn. Na per merk instrument de plussen en de minnen op een rijtje te hebben gezet kwam de NP80 er voor ons als beste uit”, aldus Hugo.

Robuust en accuraat

De NP80 kan zowel nanovolumes (vanaf 0,3 µl) via de gepatenteerde ‘sample compression technology’ meten als in een 1 ml cuvet meten. Bij de in Groningen veel gebruikte nanovolume-procedure pipetteer je een minuscuul druppeltje op een monsterhouder. Vervolgens klap je een klepje dicht, waarbij een capillaire film ontstaat tussen twee kwarts oppervlakken. Bij iedere meting gaat van onderaf een lichtstraal door het monster, die door het spiegelende kwartsoppervlak aan de bovenkant weer terug door het monster naar de detector wordt gevoerd. Door de mechanische constructie blijft de weglengte van deze UV/Vis-meter (200-900 nm) altijd hetzelfde, zodat herkalibratie niet nodig is.

“Het vorige apparaat moesten we ieder jaar kalibreren. Dan zit je met de wet van Lambert-Beer toch ook niet meer zo lekker als je tegen dat jaarlijkse kalibratieritueel aan zit. Daar hoef je je nu niet meer druk om te maken. Bedenk ook dat we hier veel met studenten werken. Die gaan in het algemeen toch wat ruiger met apparatuur om. Dus robuustheid is hier wel belangrijk. Daarbij is het apparaat gebruiksvriendelijk en intuïtief. Het is één van de weinige apparaten in het lab waar ik nieuwe studenten geen uitleg bij geef. Dat laat ik met een gerust hart over aan de supervisor.”

Accuraat meten is op het lab sowieso een must. “Als je bepaalde oplossingen maakt, je eiwit, enzymen of substraten verdunt, dan moet dat accuraat en precies gebeuren. Daarom meet je dat ook altijd na met de UV/Vis-spectrometer. Niet in de laatste plaats omdat de eenmaal gepubliceerde concentraties en reactiesnelheden ook moeten kunnen worden gereproduceerd.”

Het analytisch lab is onderverdeeld in een sectie voor kleine en een deel voor grote moleculen, met vooral HPLC's, UPLC’s, FPLC's en plate readers.

Redox-enzymen

Een regelmatig gebruiker van de NP80 is Lars Santema, die als promovendus aan zijn laatste onderzoeksjaar bezig is bij de groep van Marco Fraaije. Hij werkt met onder andere flavine-enzymen, redox-enzymen met flavine als redox-cofactor. “Doel van het onderzoek is om harde chemische reacties te vervangen door ecologisch vriendelijke groene reacties, waarbij enzymen bepaalde omzettingen kunnen bewerkstelligen, in het geval van de flavine-enzymen middels een redox-reactie. In eerste instantie willen we op labschaal aantonen dat het werkt. Uiteindelijk zal de industrie de stap moeten zetten naar grootschalige productie.”

Optimaliseren

Het zoeken naar het optimale enzym voor een bepaalde omzetting begint achter de computer. Een populaire open access tool is de AlphaFold Protein Structure Database, waarin van meer dan 200 miljoen aminozuursequenties de 3D-structuur van een eiwit wordt voorspeld. Daaruit kan je een soort van ‘first guess’ halen in de trant van ‘oké, dit is waarschijnlijk wat nodig is in het actieve centrum voor deze bepaalde reactie’. Vervolgens schaf je dat gen aan en kloneer je het in een vector. Om het enzym te produceren stop je de vector in een expressiesysteem, zoals een Escherichia coli.

Afhankelijk van hoe de reactie met het enzym verloopt ga je vervolgens op zoek naar de optimale structuur. “Zo’n eerste experiment is natuurlijk nooit vol in de roos. Je kan dan weer naar AlphaFold om een net iets ander enzym te zoeken, maar wij kiezen ervoor om het enzym aan te passen door een mutant te maken. Daarbij proberen we op basis van de structuur te beredeneren welke aanpassingen het beste zullen werken.”

Meten in het geel

Lars gebruikt de nanofotometer voor twee soorten metingen. Op de eerste plaats het meten van DNA-concentraties. “In de procedure van gen naar eiwit moet je regelmatig checken hoe het met je DNA is gesteld, hoe zuiver het is. Voor de zuiverheid kijken we meer naar het spectrum, met name 260 nm voor DNA, 280 nm voor eiwitten en 230 nm voor ionen. De verhouding tussen die drie is een goede maat voor de zuiverheid. Als de ratio richting DNA ligt, is het mengsel heel zuiver. Ligt die meer richting eiwitten of ionen ligt, dan is er iets niet helemaal goed gegaan. Voordeel van dit apparaat is dat je met hele kleine hoeveelheden kan werken. Als je DNA zuivert, dan heb je vaak niet veel meer dan een milliliter. Dan wil je daarvan niet de helft of meer in een cuvet pipetteren voor een meting.”

De tweede toepassing is het meten van de enzymconcentraties. Die flavine is geel, dus bij 450 nm kan je heel adequaat aan de hand van de extinctiecoëfficiënt bepalen hoeveel enzym je hebt. Daarvoor hoef je dan niet een bewerkelijker Bradford-assay uit te voeren. “Stel je hebt je enzym opgezuiverd en je wilt er in verdunde vorm een testje mee gaan doen. Dan kan je binnen een tiental seconden met dit apparaat checken of de verdunning klopt. Meer werk is het niet.”