Denk je aan proefdieren, dan denk je al snel aan muizen. En terecht: het merendeel van de dieren die in de Centrale Dienst Proefdieren (CDP) van het UMCG worden gebruikt voor wetenschappelijk onderzoek is muis. Daarnaast zijn er ook ratten, cavia’s en hamsters in het CDP. En er is een ruimte met grote stellingkasten vol aquariums met zebravissen.
“In de jaren zeventig van de vorige eeuw was er een ontwikkelingsbioloog in Amerika die thuis een aquarium had met zebravissen, als hobby”, vertelt Judith Paridaen, onderzoeker van onderzoeksinstituut ERIBA van het UMCG. “Uit nieuwsgierigheid legde hij de eitjes van de vissen onder de microscoop. De eitjes zijn doorzichtig, en hij kwam er achter dat ze heel geschikt zijn om te bestuderen.”
Sinds de jaren negentig worden zebravissen geregeld gebruikt voor wetenschappelijk onderzoek, onder meer door Paridaen. Ze studeerde medische biologie en deed promotieonderzoek naar hersenontwikkeling bij het Hubrecht Instituut in Utrecht, waarvoor ze gebruik maakte van zebravisjes. Daarna maakte ze een uitstapje naar onderzoek met muizen, maar sinds ze in 2016 in Groningen werkt, is ze terug bij de zebravissen.
“Ten eerste omdat ze eitjes leggen. En niet één, maar een heleboel. Die eitjes leggen ze buiten het lichaam, en dat maakt het gemakkelijker om de ontwikkeling te bestuderen.”
Want zebravissen, vertelt Paridaen, zijn heel geschikt om onderzoek mee te doen. “Ten eerste omdat ze eitjes leggen. En niet één, maar een heleboel. Die eitjes leggen ze buiten het lichaam, en dat maakt het gemakkelijker om de ontwikkeling te bestuderen.”
Aan het eind van elke dag worden een mannetjesvis en een vrouwtjesvis samen bij elkaar gezet. Het vrouwtje legt eitjes die in een speciaal bakje onder in het aquarium opgevangen worden. Als het mannetje de eitjes heeft bevrucht, wordt het bakje met de bevruchte eicellen uit het aquarium gehaald. Op elke bevruchte cel zit een dooier, die de embryo van voedsel voorziet in de eerste vijf dagen van de ontwikkeling.
In vijf dagen gebeurt er veel: al na een kwartier heeft de bevruchte cel zich opgedeeld tot twee cellen, binnen vier uur zijn er een paar duizend cellen en na 1 dag worden de ogen, het hartje en het staartje gevormd, en zijn de hersenen zichtbaar en kun je het bloed zien stromen.
En precies dat is wat de zebravis zo geschikt maakt voor onderzoek: de embryo is doorzichtig, dus de onderzoeker kan de ontwikkeling op de voet volgen. En omdat ze zich zo snel ontwikkelen, valt er veel te bestuderen. Bovendien lijken zebravissen meer op mensen dan je op het eerste gezicht zou denken: ongeveer tachtig procent van de genen die in mensen betrokken zijn bij ziekte, zijn ook in een zebravis aanwezig.
In elk aquarium in het dierenlab zwemmen zo’n 50 zebravissen rond. In totaal zijn er zo’n twee- tot drieduizend vissen. Ze zien er niet allemaal hetzelfde uit. Sommige missen bijvoorbeeld de voor de zebravis zo kenmerkende strepen. Andere vissen hebben geen strepen maar stippeltjes, of veel langere vinnen waarmee vissen gemakkelijk onderscheiden kunnen worden van hun soortgenoten.
Deze afwijkende uiterlijke kenmerken ontstaan niet toevallig. De onderzoekers kunnen met behulp van de CRISPR-cas9-techniek een stukje DNA van de bevruchte eicel veranderen. Zo kunnen ze het streepjes-gen uit de vis halen, en blijft er een doorzichtige zebravis over - met de naam Casper, naar het spookje.
In deze Casper-vissen kunnen onderzoekers de ontwikkeling goed bestuderen zonder de vis hierdoor open te snijden of zelfs maar uit het water te halen. Met behulp van een fluorescent eiwit worden bepaalde processen in de cellen zichtbaar terwijl de vis in het aquarium rondzwemt.
Paridaen bestudeert op deze manier de ontwikkeling van de hersenen in embryo’s en volwassen zebravissen. “Ik onderzoek stamcellen: de cellen die aan de basis staan van de ontwikkeling van een organisme. Er zijn stamcellen voor alle organen, maar het verschilt in hoeverre stamcellen in staat zijn om steeds maar nieuwe cellen aan te maken. Ons bloed, de darmen en de huid hebben bijvoorbeeld stamcellen die continue aan het werk zijn om cellen te vervangen. Deze stamcellen blijven actief tot op hoge leeftijd.”
Stamcellen zijn fascinerend, zegt Paridaen, omdat we nog niet goed begrijpen hoe ze op individueel niveau werken. “Hoe beslissen ze welk type cel ze moeten aanmaken? Is dat willekeur of weten ze dit op de een of andere manier? En hoe kan het dat stamcellen precies weten wat ze moeten maken, maar dat ze dat soms verschillende routes nemen om dit te doen? Neem bijvoorbeeld de ontwikkeling van een oog: uiteindelijk zien ze er hetzelfde uit, zitten ze op dezelfde plek, maar als ze worden gemaakt, zien we duidelijke verschillen in het proces.”
Wanneer je weet hoe een stamcel werkt en waarom stamcellen doen wat ze doen, dan zou je specifieker kunnen sturen op bepaalde processen, redeneert Paridaen. “In zebravissen zijn stamcellen wel in staat om schade aan het hart en aan de hersenen te repareren, iets wat menselijke stamcellen maar heel beperkt doen.”
Paridaen kan de zenuwcellen in de hersenen van zebravisjes heel nauwkeurig bestuderen door ze met behulp van een stukje DNA te activeren, en ze met een fluorescent eiwit een kleurtje te geven. “Daarmee maken we ze zichtbaar onder de microscoop en kunnen we ze filmen. Zo maken we de onderdelen van een cel zichtbaar, en kunnen we bestuderen hoe de celdeling te werk gaat.”
De hersenen van zebravissen zijn weliswaar anders dan die van de mens (en veel kleiner bovendien), maar er zijn ook overeenkomsten. Paridaen: “Ze hebben veel delen van de hersenen die de mens ook heeft. Onderdelen als zicht, gehoor, reuk, het aansturen van spieren zitten op dezelfde plek als bij de mens, en zebravissen hebben verschillende soorten cellen: stamcellen, zenuwcellen, gliacellen. Dat maakt ze een geschikt model voor onderzoek.”
Wanneer we meer weten over de werking van stamcellen in de hersenen, dan kan die kennis gebruikt worden in de behandeling van neurodegeneratieve ziekten zoals Alzheimer en Parkinson. Bij deze ziekten gaan er hersenencellen dood doordat eiwit opstapelt. Er worden geen nieuwe cellen aangemaakt, en daardoor verliest een patiënt steeds meer functies.
Paridaen: “Als we weten we hoe een stamcel overgaat tot het maken van nieuwe cellen, en hoe we een stamcel daartoe zouden kunnen aanmoedigen, dan zou het in de toekomst wellicht mogelijk zijn om stamcellen in de hersenen van mensen te stimuleren om nieuwe, gezonde cellen aan te maken.”
Zover is het echter nog niet, zegt Paridaen er meteen bij. “Het is al een hele uitdaging om daartoe te komen, en áls we zover zijn, dan is er nog een nieuwe uitdaging: zenuwcellen moeten namelijk netwerken maken om goed te functioneren. De vraag is dus ook hoe we dat voor elkaar kunnen krijgen, en hoeveel tijd dat in beslag neemt. Immers: het duurt niet voor niets twintig jaar voor de hersenen ontwikkeld zijn tot een volwassen brein. Het is daarom ook belangrijk te begrijpen hoe een netwerk van zenuwcellen zich ontwikkelt in de hersenen van een zebravis.”
Bekijk ook deze video van de Scholierenacademie waarin Paridaen over haar onderzoek vertelt:
Judith Paridaen is naast haar onderzoek actief in activiteiten om onderzoek naar een breder publiek te communiceren. Zo is ze lid van het ERIBA Outreach Team, een groep onderzoekers die op vrijwillige basis publieksactiviteiten over wetenschap organiseert, zoals het jaarlijkse Weekend van de Wetenschap. Eerder dit jaar kreeg deze groep een subsidie van 10.000 euro van het KNAW als waardering voor hun inzet voor wetenschapscommunicatie. Hiermee wil het team hun activiteiten, zoals Science in a box en de ERIBA escape rooms verder uitbreiden en professionaliseren. Ook is Paridaen net benoemd als een van de voorzitters van de UMCG Medische Publieksacademie en is ze lid van de Young Academy Groningen.
