- Onderzoek
- 14/12/2015
De samenhang van stofwisseling
De carrière van Natal van Riel illustreert hoe de grenzen tussen de traditionele wetenschapsgebieden vervagen. De universitair hoofddocent bij Computational Biology (faculteit BMT) studeerde Electrical Engineering aan de TU/e. Hij dook vervolgens in de systeembiologie, waarbij zijn kennis van regeltechniek en (elektrische) netwerken goed van pas kwam. Sinds kort is hij als deeltijdhoogleraar verbonden aan het academisch ziekenhuis van de Universiteit van Amsterdam.
Aan de muur van Natal van Riels werkkamer in Gemini-Zuid hangt een grote poster getiteld ‘Biochemical Pathways’. De plaat toont een duizelingwekkende wirwar van lijnen, pijlen, scheikundige namen en structuurformules in verschillende kleuren. Het is een overzicht van de zogeheten reactiepaden waarmee biochemici en systeembiologen de stofwisselingsprocessen in ons lichaam beschrijven.
Toch is op de poster maar een klein deel van de op dit moment bekende pathways te zien, zegt Van Riel. “Die kaart is al decennia oud en geeft de kennis weer die we veelal in de eerste helft van de vorige eeuw hebben opgedaan. Bovendien zie je hier de processen die zich in één lichaamscel afspelen, terwijl we er meer dan tien biljoen hebben, die ook nog onderling communiceren. Maar deze poster is vooral voor gesprekken met studenten nog altijd een nuttig overzicht.”
Het is ook belangrijk om je te realiseren, doceert de kersverse hoogleraar, dat de stofwisseling (ofwel metabolisme) van de mens veel gemeen heeft met dat van andere levende wezens, tot planten en bacteriën aan toe. “Veel van de pathways die je hier ziet, zijn ontdekt en bestudeerd in bacteriën, maar ze bestaan net zo goed in ons lichaam.”
Wie de complexiteit van ons metabolisme tot zich laat doordringen, met al die deelprocessen die op tal van manieren op elkaar ingrijpen, snapt direct dat de oorzaken en gevolgen van stofwisselingsziekten zelden eenvoudig zijn te achterhalen. Computermodellen zijn daarom tegenwoordig een essentieel hulpmiddel om medische gegevens - de uitkomsten van bloed- of urineonderzoek, gecombineerd met metingen van bijvoorbeeld bloeddruk en hartslag - te relateren aan aandoeningen zoals diabetes.
Een complicerende factor daarbij is dat die metingen vaak momentopnames zijn. “Wat een boterham met kaas bij het ontbijt doet met je lichaam, hangt niet alleen af van de persoon, maar ook nog van wat diegene de vorige avond heeft gegeten. Metabolisme is een heel dynamisch proces en dat maakt de analyse van de meetgegevens extra lastig.”
Er zijn veel overeenkomsten tussen regeltechniek en systeembiologie
Toch is dat precies waarin Van Riel, met zijn achtergrond in de regeltechniek, zich heeft gespecialiseerd. “Er zijn veel overeenkomsten tussen elektrische netwerken met terugkoppeling en metabolische netwerken. Ik heb hier in mijn studie veel over de theorie van de regeltechniek geleerd, en kennis over de biochemie heb ik geleidelijk, stap voor stap opgedaan.” Dat is hem zo goed afgegaan dat hij nu door de Universiteit van Amsterdam, waarmee hij al samenwerkte in het EU-project RESOLVE, is aangesteld als deeltijdhoogleraar binnen het nieuw op te richten AMC-VUmc Diabetes Research Center (ADRC).
Via zijn aanstelling in Amsterdam kan Van Riel zijn computermodellen nu toetsen aan de ziekenhuispraktijk. Speerpunt daarbij is het effect van maagverkleiningen en darmomleggingen bij mensen met het zogeheten metabool-syndroom (aan overgewicht gerelateerde stofwisselingsproblemen, leidend tot met name diabetes en hart- en vaatziekten). “Het blijkt dat na zo’n ingreep de bloedwaarden van de patiënt vaak al binnen een paar dagen op gezond niveau zijn. Hoe dat kan, weet niemand. En het feit dat een deel van de mensen met obesitas wél een gezond metabolisme lijkt te hebben, is ook nog een raadsel.”
Hoe universeel stofwisselingprocessen zijn, blijkt wel uit het feit dat Van Riel onlangs met Philips zijn computermodellen inzette om het effect van ledverlichting in kassen op de groei, smaak, en voedingswaarde van tomaten te begrijpen. En dat uit dit project weer een onderzoek is ontstaan naar het nut van blauw licht - in plaats van schadelijk UV-licht - bij de behandeling van huidaandoeningen zoals psoriasis en eczeem. “Bij tomaten en in de huid spelen metabolische reactiepaden een rol, net als bij het diabetesonderzoek.”
Daarnaast wordt volgens Van Riel ook steeds duidelijker dat zelfs neurologische aandoeningen deels worden veroorzaakt door stofwisselingsproblemen. “Bij ADHD, depressie en zelfs autisme blijken de patiënten bijvoorbeeld opvallend vaak een tekort te hebben aan de stof tryptofaan. Dat is een aminozuur dat we uit onze voeding moeten halen, en dat je lichaam nodig heeft om neurotransmitters te maken. Wij zijn nu aan het uitzoeken of je met bepaalde vitaminen je spijsvertering zo kunt bijsturen dat wél voldoende tryptofaan wordt vrijgemaakt.”
Zowel bij diabetes, huidziektes en de genoemde neurologische aandoeningen spelen bovendien ontstekingsreacties een rol, aldus Van Riel. “Hoe dat precies werkt, wat oorzaak is en wat gevolg, dat weten we nog niet, maar het blijkt dat problemen met het metabolisme vaak gepaard gaan met verhoogde ontstekingswaarden in het bloed.” Dat doet een gemeenschappelijk achterliggend mechanisme vermoeden. Aan Van Riel en zijn collega’s de schone taak om ook daar met hun computermodellen een vinger achter te krijgen, en zo de geneeskunde een flinke stap vooruit te helpen.
Discussie