Diep in elke cel van ons lichaam (en ook van dieren en planten) ligt een lange sliert DNA met daarop het script van veel genen. Op grond van die informatie worden allerlei soorten eiwitten geproduceerd. Om ervoor te zorgen dat er geen overproductie is wordt het uitlezen van genen en het aanmaken van eiwitten zorgvuldig gereguleerd. Dat gebeurt met stofjes die aan het DNA kunnen klikken en genen als het ware aan of uit kunnen zetten. Of, meer genuanceerd, ze kunnen de productie van een gen groter of kleiner maken. Het zijn fantastische processen die ervoor zorgen dat er in onze cellen en in ons lichaam voldoende – niet te veel en ook niet te weinig – verschillende soorten eiwitten en allerlei andere stoffen beschikbaar zijn.

De stofjes die de werking van genen groter of kleiner maken zijn doorgaans zelf ook eiwitten. Laten we ze voor het gemak schakeleiwitten noemen. En natuurlijk kan niet elk schakeleiwit willekeurig elk gen aan of uit zetten, dat zou een grote chaos betekenen. Nee, er zijn sleutel-slot-combinaties waardoor een bepaald schakeleiwit alleen past bij een bepaald gen of soms meerdere genen.

Een belangrijke en boeiende vraag is: hoe kan een schakeleiwit het gen (of de genen) vinden waarmee het een match heeft volgens hun eigen sleutel-slot-combinatie? Een gangbare verklaring is dat al die eiwitten en andere moleculen door de warmte-energie kriskras door een cel bewegen en dan toevallig bij hun partner uitkomen. Niet helemaal onwaarschijnlijk maar dan duurt het wel heel lang voordat een schakeleiwit het passende gen heeft gevonden.

Recent onderzoek heeft aangetoond dat schakeleiwitten draadloze verbindingen kunnen leggen met andere eiwitten en waarschijnlijk ook met stukjes DNA. Stel je voor: diep in elke cel gonst het van draadloze signalen waarmee eiwitten met elkaar communiceren en zelfs elkaar selectief aantrekken. Hoe werkt dat?

Eiwitten en andere macromoleculen zijn opgebouwd uit een sliert vrijwel gelijke modules. Atomen van die modules kunnen in trilling gebracht worden waardoor ze gaan resoneren. Net zoals een stemvork gaat trillen als je er tegenaan tikt. Als zo’n tikje tegen een eiwit voldoende energie bevat gaan alle atomen in harmonie trillen … en zenden ze radiogolven uit. De frequentie van die golven is vergelijkbaar met de Gigahertz-golven van het 5G-netwerk voor draadloos internet. Atomen die een golf van 1 Gigahertz uitzenden, trillen een miljard keer per seconde, veel sneller dan een gewone stemvork ooit kan trillen. Onderzoekers deden experimenten met eiwitten van een bepaalde soort en gaven die een tikje met laserlicht en jawel ze konden meten dat die eiwitten radiogolven uitzonden met een frequentie van 71 Gigahertz. Ter vergelijking: de hoogste frequentie van het 5G-netwerk is 26 Gigahertz.

Dat is mooi, maar wat hebben die eiwitten daaraan? Als de gemiddelde afstand tussen de testeiwitten kleiner dan een bepaalde drempelwaarde is, verandert de willekeurige beweging van de eiwitten in een gerichte beweging. Of anders gezegd: de radiogolven die deze eiwitten uitzenden zorgen ervoor dat de eiwitten naar elkaar toegetrokken worden. Eerst zwermen de testeiwitten willekeurig in het rond in een plastic bakje met water. Maar dan wordt de laser aangezet en als de energie daarvan groot genoeg is, kun je door de microscoop zien dat de testeiwitten in groepjes samenklonteren.

Kortom: als de testeiwitten met voldoende energie aangeslagen worden door laserlicht komen ze in trilling en zenden ze radiogolven uit van 71 Gigahertz. En als de gemiddelde onderlinge afstand kleiner is dan een drempelwaarde zorgen die golven ervoor dat de testeiwitten in groepjes samenklonteren – ze worden naar elkaar toegetrokken.

Daarmee is nog lang niet aangetoond dat schakeleiwitten door middel van zulke radiogolven het bijbehorende gen kunnen vinden, maar het is zeker een prachtig resultaat dat wel in die richting wijst. In onze cellen is natuurlijk geen laserlicht dat (schakel)eiwitten in trilling brengt, maar in elke cel wemelt het van ATP-moleculen die zorgen voor de energievoorziening van allerlei biochemische processen. Als een paar ATP-moleculen botsen met een eiwit en een deel van hun energie overdragen kan dat voldoende zijn om het eiwit in trilling te brengen. Biofysici zijn het er wel over eens dat levende cellen gonzen van allerlei radiogolven, maar om zoiets ook echt in een cel te meten is nog een hele klus. De onderzoeken die ik beschrijf zijn uitgevoerd in een plastic bakje met water en niet in de cellen zelf. Het meten wordt extra moeilijk omdat de golflengte van de opgewekte radiogolven veel groter is dan een doorsnee cel. Om een beeld te vormen: een 300 GHz trilling heeft een golflengte van 1 mm en een doorsnee cel is ongeveer 0,01 mm groot.

Dit onderzoek wijst een richting die veelbelovend is.

Mathias Lechelon et al., “Experimental evidence for long-distance electrodynamic intermolecular forces”, Science Advances eabl5855, 16 February 2022.