Door algen in hun bloedbaan te injecteren, werd licht omgezet in zuurstof. En op die wonderlijke manier wisten onderzoekers de levens van de ondertussen groen aangelopen kikkervisjes te redden.

Kikkers zijn opmerkelijke beestjes. Gedurende hun levensloop – van het water naar het land – houden ze er meerdere ademhalingstechnieken op na. Zo ademen ze via de kieuwen, longen en huid. Nu kunnen we daar dankzij een nieuwe studie nog een bijzondere variant aan toevoegen. Namelijk… fotosynthese.

Fotosynthese
Met de term ‘fotosynthese’ verwijzen onderzoekers naar het proces waarbij planten zonlicht gebruiken om CO2 om te zetten in koolhydraten die ze weer kunnen gebruiken om te groeien. Maar een soortgelijke techniek kan blijkbaar ook worden toegepast om kikkervisjes in zuurstof te voorzien.

Laten we bij het begin beginnen. “We begonnen met het bestuderen van het zuurstofverbruik in de hersenen van kikkervisjes van klauwkikkers,” vertelt onderzoeker Hans Straka in een interview met Scientias.nl. “Deze eerste studie bevestigde dat de hersenen een grote hoeveelheid zuurstof gebruiken, maar toonde ook aan dat alle beschikbare zuurstof onmiddellijk wordt omgezet in moleculen die energie leveren voor de hersenfunctie. We gebruikten vervolgens een bepaalde ingewikkelde methode om de zuurstofconcentratie te verhogen, wat een relatief tijdrovend klusje is. Dit bracht ons ertoe de mogelijkheid te onderzoeken van fotosynthese. Want als we de zuurstof ter plaatse door middel van fotosynthese in de hersenen leveren, zou dit veel effectiever kunnen zijn; zowel qua tijd, als qua concentraties.”

Algen
Kort gezegd besloten de onderzoekers plantenfysiologie te combineren met neurowetenschap: de kracht van fotosynthese benutten om zenuwcellen van zuurstof te voorzien. De onderzoekers besloten de hulp in te schakelen van bepaalde algen. Dit idee lijkt overigens niet vergezocht. In de natuur leven algen harmonieus in sponzen, koralen en anemonen en voorzien hen van zuurstof en zelfs voedingsstoffen. Dus waarom niet bij gewervelde dieren zoals kikkers?

Heldergroen
De onderzoekers plaatsten de kopjes van de kikkervisjes in een zuurstofbad en lieten de concentraties zuurstof fors dalen, waardoor er een nijpend zuurstoftekort ontstond. Vervolgens injecteerden ze zogenaamde groene algen (Chlamydomonas renhardtii) in de harten van de kikkervisjes.


Bekijk de video hier.

Bij elke hartslag werden de algen door de bloedvaten gepompt en bereikten uiteindelijk de hersenen, waardoor het doorschijnende kikkervisje ineens heldergroen kleurde. Vervolgens scheen het team met een felle lamp op de kopjes. En op die manier redden de algen hun levens: het licht werd omgezet in zuurstof, dat vervolgens in de nabijgelegen cellen werd gepompt. “De algen produceerden zoveel zuurstof, dat ze de zenuwcellen weer tot leven wekten,” aldus Straka.

Sciencefiction
Het klinkt misschien een beetje als sciencefiction, geeft ook Straka toe. “Maar voor mij was het gewoon een logische combinatie van experimenten, technieken en concepten,” zegt hij. “Het betreft verschillende biologische principes die bij elkaar zijn gebracht. Voor ons was het niet eens zo ongewoon om die verschillende ingrediënten te combineren. Pas nadat we de experimenten hadden gedaan, alles was gelukt en we met anderen spraken over onze bevindingen, realiseerde ik me dat de meeste mensen gefascineerd en geïntrigeerd waren door de aanpak en het bijna als sciencefiction beschouwden.”

Menselijke toepassing
Hoewel het natuurlijk een prachtig experiment is om stikkende kikkervisjes op een vrij opmerkelijke manier in zuurstof te voorzien, biedt het onderzoek mogelijk ook oplossingen voor de mens. “De injectie van micro-organismen zoals algen kunnen mogelijk op een dag helpen bij het leveren van extra zuurstof in geval van zuurstofnood bij mensen,” oppert Straka. Denk aan situaties waarin zuurstoftekort parten speelt, zoals tijdens een beroerte, of in zuurstofarme omgevingen zoals onder water of op grote hoogte. Maar dat is nu nog toekomstmuziek. De algen zijn er op dit moment namelijk nog niet klaar voor om in onze eigen bloedsomloop te worden geïnjecteerd. “Toepassingsmethoden moeten eerst worden verbeterd, immuunreacties opgehelderd en allergische reacties uitgesloten,” benadrukt Straka.

Proefdieren
Op kortere termijn kunnen de bevindingen uit de studie mogelijk wel een steentje bijdragen aan in vitro-onderzoeken naar organoïden, of ander geïsoleerd weefsel van dieren. “Denk aan experimenten met organen waar zuurstoftoevoer moeilijk, maar noodzakelijk is om het weefsel te laten overleven,” aldus de onderzoeker. In dat geval zal mogelijk ook de vraag naar levende proefdieren die vaak voor experimenten gebruikt worden, teruggeschroefd kunnen worden.

Al met al hebben de bevindingen uit de studie enorme potentie. “Ik vind dit concept waarin we het normale ademhalingssysteem (longen of kieuwen) hebben omzeild bijzonder fascinerend vanwege de enorme mogelijkheden zowel in de experimentele wetenschap als voor de mogelijke toepassingen in de menselijke gezondheid,” zegt Straka. “Dit suggereert dat we nog niet aan het einde van het onderzoek zijn gekomen. We staan nog maar aan het begin.”