De wonderen van de winterslaap
Winterslaap is een raadselachtig fenomeen. Hoe komt het dat dieren zo lang ‘op de waakvlam’ kunnen leven, zonder dat er schade ontstaat? En zou het niet geweldig zijn als mensen dat ook kunnen?
Dat is precies wat Rob Henning en zijn team onderzoeken. Dertig hamsters liggen momenteel in winterslaap in het proefdierlab van de RUG.
De diertjes slapen ongeveer een week. Hun EEG is dan niet waarneembaar en hun temperatuur slechts 5 graden Celsius. Vervolgens warmen ze op tot 37 graden in tweeënhalf uur. Voor een mens is dat dodelijk.
Henning ontdekte al dat H2S of waterstofsulfide voorkomt dat schade ontstaat aan het weefsel. Hij synthetiseerde een stof die ervoor zorgt dat ook cellen van niet-winterslapers het opwarmingsproces overleven.
Nu onderzoekt hij hoe de diertjes eventuele DNA-schade tijdens de koudefase weten te herstellen.
Toepassingen zijn legio. Denk aan het langer bewaren van organen voor transplantatie. Ook de ruimtevaart heeft belangstelling.
Leestijd: 7 minuten (1297 woorden)
Het licht in de kleine, vierkante ruimte is gedempt rood. Het is er doodstil en ook nog eens behoorlijk kil. Bij een temperatuur van vijf graden Celsius is dit geen plek om voor je plezier naar binnen te gaan. Toch is dit de plek waar een dertigtal hamsters stijf opgerold in het stro ligt te genieten van een winterslaap. Voor hen is het er pikkedonker, want hamsters zien geen rood.
Lang zal hun rust niet meer duren. Via de bewegingsmelder die de diertjes monitort, is duidelijk geworden dat een van hen op het punt staat te ontwaken. Dat is het moment waarop je ze het best helemaal wakker kunt maken om een monster te nemen uit de wangzak.
Aanraken is genoeg
PhD Vera Reitsema glipt naar binnen en haalt de plastic container met de bewuste hamster uit het schap. Ze haalt de deksel van de bak en pakt het balletje bont voorzichtig uit zijn nest. Door de aanraking en warmte van haar handen zal het diertje binnen een uur volledig opgewarmd zijn en rondsnuffelen.
‘Je hoeft ze alleen maar even aan te raken’, bevestigt onderzoeksleider Rob Henning die toekijkt. ‘Of zachtjes in een pootje te knijpen. Dan worden ze al wakker.’
En dat, zegt Henning, is heel opmerkelijk. Want als je een EEG zou hebben gemaakt van hun hersenactiviteit op het moment dat je ze oppakt, dan zou je niets hebben gevonden. Een flat-line die net zo goed kon betekenen dat ze dood zijn. Hoe kan het dan dat ze toch dat zachte aaitje registreren, of de warmte van je handen? Niemand die het weet.
Het is maar een van de vele raadselen rond het fenomeen winterslaap, dat Rob Henning nu al enkele jaren in zijn greep houdt. Winterslaap is namelijk een bizar verschijnsel, vertelt hij.
Het komt in alle lagen van de dierenwereld voor. Er zijn buideldieren die winterslapen, muizen, zelfs kolibries en apen. ‘Het is een manier om energie te besparen in tijden van schaarste’, zegt Henning. ‘De dieren zetten hun stofwisseling op een laag pitje, waardoor de lichaamstemperatuur zakt en ze minder energie gebruiken.’
Vragen om problemen
Alleen is winterslaap vaak niet die diepe periode van rust zoals we die kennen van beren in hun donkere grotten. ‘Verreweg de meeste winterslapers zijn zo’n week koud, waarna ze in een periode van anderhalf uur opwarmen van vijf naar 37 graden Celsius. Om daarna weer terug te glijden in torpor, zoals de koude fase ook genoemd wordt.’
En ook dat is raadselachtig. Want dat afkoelen en weer opwarmen gedurende een lange periode is vragen om moeilijkheden. Zelfs dode natuur verdraagt het niet: een steen gaat hartstikke kapot. Dus hoe kan het dat dieren dat schijnbaar moeiteloos doen? Waarom ontstaat er geen onomkeerbare schade aan het weefsel? Hoe komt het dat alle cellen in een organisme tegelijk op de waakvlam gaan? En – daar komt de anesthesioloog die Rob Henning ooit was om de hoek kijken – zou het niet geweldig zijn als je ook mensen in winterslaap zou kunnen brengen als een soort van alternatieve narcose?
En er zijn nog veel meer mogelijkheden. Stel dat je een nier of lever in ‘slaap’ kunt brengen en daarna opwarmen. Dat zou dat betekenen dat je veel meer tijd hebt om bijvoorbeeld een donor te vinden. Ruimtereizen zouden een stuk eenvoudiger zijn – vertraagde stofwisseling betekent minder voorraden – en aanzienlijk minder saai. Henning maakt deel uit van een denktank van de ESA die precies daarover nadenkt. Want die reis naar de zoutrivieren van Mars, die gaat er komen.
Een uur in de wind
Gestaag werkt Henning daarom aan de ontrafeling van het raadsel van de winterslaap. Weliswaar heeft hij nog altijd geen idee waardoor lichaamscellen van oorlelletje tot grote teen worden getriggerd om in torpor te gaan, maar hij ontdekte wel welke stof verantwoordelijk is voor het feit dat er zo weinig schade ontstaat door de kou: het gas H2S of waterstofsulfide.
Henning werd op het spoor gezet toen een student een kweekje met hamstercellen vergat in de koelcel. Toen het kweekflesje na een week weer tevoorschijn kwam, hadden de cellen morsdood moeten zijn. Alleen was dat niet het geval. Ze stonken weliswaar een uur in de wind – rotte eieren –, maar verder waren ze prima in orde.
De stank kwam niet door verrotting, maar door productie van H2S – een gas dat een belangrijke rol speelt in het voorkomen van weefselschade door het neutraliseren van vrije radicalen in cellen. Normaal gesproken stopt de productie als de lichaamstemperatuur onder een bepaalde waarde komt, maar bij winterslapers is dat dus niet het geval. Gefascineerd dook Henning in de literatuur en ontdekte artikelen die beschreven dat H2S een soort winterslaap in muizen opwekt.
‘Zou dát dan de reden zijn waarom winterslapers die snelle opwarming overleven?’ vroeg Henning zich af. Ja dus. Winterslapers maken een enzym aan dat op zijn beurt weer zorgt dat de aanmaak van H2S bij lage temperaturen doorgaat.
Doorbraak
De ontdekking van het mechanisme daarachter leidde tot de synthese van een reeks stoffen. Een van deze stofjes – Sul 121 gedoopt – bleek een doorbraak. Henning testte het op cellen van ratten – die niet aan winterslaap doen – en het bleek ook hen te beschermen tegen koelen en opwarmen. ‘Die vinding is gepatenteerd en overgedragen aan een start-up’, vertelt Henning tevreden. ‘Het wordt gebruikt om bijvoorbeeld bloedplaatjes langer houdbaar te maken. Het werkt ook bij het bewaren van stamcellen.’
Maar de implicaties gaan nog veel verder. Zo zijn er stofwisselingsziektes waarbij mensen te weinig H2S aanmaken. Kinderen met die ziekte sterven vaak jong. Maar ook bij ouderdomsziekten als diabetes, Parkinson of Alzheimer spelen haperingen in de aanmaak van waterstofsulfide een rol.
DNA-schade
Ondertussen is Henning alweer doorgestoomd naar de volgende vraag. Want, zegt hij, H2S beschermt de hamstertjes weliswaar tegen celschade door het snelle opwarmen, dat betekent niet dat ze helemaal ongeschonden hun winterslaap doorkomen. ‘Er lijkt vlak na het ontwaken schade te zijn aan het DNA.’
Henning onderzoekt schade aan het DNA en verzamelt gegevens voor collega’s die schade aan telomeren onderzoeken – de stukjes DNA die aan het einde van een chromosoom zitten en onder invloed van veroudering steeds korter worden. Gek genoeg is er anderhalf uur na het ontwaken niets meer van die schade terug te vinden.
Maar of en hoe winterslapers permanente schade voorkomen, is nog onbekend.
Niet alleen Henning wil dat dolgraag weten, ook de Europese ruimtevaartorganisatie ESA is zeer geïnteresseerd. Ga maar na: Obama heeft een Marsreis gepland voor over een jaar of twintig, en ook de Europeanen en Chinezen willen erheen. Maar een bemande vlucht is pas mogelijk als er een oplossing wordt gevonden voor de schade die astronauten op zo’n lange reis oplopen door de kosmische straling.
Kaartenhuis
En dus hebben de dertig slapende hamsters in het proefdierlab een tracer ingespoten gekregen, waaraan je precies kunt zien waar schade optreedt in het DNA. PhD’s nemen monsters voor de beestjes in torpor gaan, als ze net wakker worden en als ze helemaal opgewarmd zijn.
‘Het is fascinerend’, zegt Henning. We lopen natuurlijk elke dag een beetje schade op aan ons DNA en daar kunnen we in veel gevallen prima mee overweg. Maar de winterslaper lijkt in een koude fase veel meer DNA-schade op te lopen. ‘Velen denken dat dat de reden is waarom een winterslaper opwarmt. Om schade te repareren voor de hele boel als een kaartenhuis in elkaar stort.’
Het onderzoek is in volle gang. Zo’n dertig hamsters zijn al onderzocht en aan de gegevens die dat opgeleverd heeft, wordt volop gewerkt. De andere dertig slapen nog even verder.