Oproep aan alle wormen: leer zout te mijden

Ochtend. Doorheen talloze wekkerradio’s luiden de woorden: ‘Zeven uur. Een goedemorgen. Het nieuws.’ Persoonlijk kan ik nooit snel genoeg op de snooze knop drukken, maar dit is slechts uitstel van executie want vijf minuten later springt de radio weer aan: ‘En dat was het nieuws.’ Jarenlang, hetzelfde ritueel. Opstaan, ontbijten, douchen en de fiets op. Waarom zou je je afvragen? Simpel. Ik moest op tijd op school zijn om weer gevuld te worden met nieuwe kennis rond talloze thema’s. Het meest verbluffende was nog het feit dat ik al die informatie kon herroepen als ik ze nodig had. Oké, eerlijk gezegd. Niet alle informatie en de periodes waarin dit het beste ging, beperkten zich eerder tot de examens. Maar dit blijft tussen ons. Waar ik tot voor kort echter niet echt bij heb stilgestaan, zijn de mechanismen en componenten die nodig zijn om dit mogelijk te maken. Het werd dus de hoogste tijd om de mysteries van leren en geheugen te onthullen!

Leren. Kwestie van een eiwitaanpassing

Wanneer we spreken over leren en geheugen, denken we intuïtief aan het herinneren van feiten en gebeurtenissen uit het verleden. Leergedrag beperkt zich echter niet tot dit. Zo wordt leren gedefinieerd als het vergaren van kennis wat leidt tot een aanpassing van ons gedrag gebaseerd op voorafgaande gebeurtenissen. Hierdoor zijn organismen in staat zich aan te passen aan hun omgeving. Bovendien is dit zeker en vast niet uniek voor mensen. Denk maar aan de vele vogels die de moestuinen plunderen zodra er rijpe vruchten in het vizier zijn. Zij hebben namelijk geleerd dat het wachten tot de tomaten mooi rood zijn vooraleer ze aan het feestmaal beginnen, zeker de moeite waard is. Je moet dus niet naar de schoolbanken om iets te leren.

Verbonden aan leergedrag is het geheugen. Dit is de mogelijkheid om informatie op te slaan en deze weer op te halen. Traditioneel delen we het geheugen op in het lange termijn en korte termijn geheugen die, zoals hun naam al doet vermoeden, eerst en vooral van elkaar verschillen in de tijdspanne waarin informatie wordt opgeslagen. Moleculair onderscheidt het lange termijn geheugen zich van het korte door de aanmaak van nieuwe eiwitten. Om informatie voor een korte periode op te slaan worden reeds aanwezige eiwitten gemodificeerd. Hierbij kan het lichaam gebruik maken van neuropeptiden. Deze zijn niet alleen terug te vinden bij mensen en anderen zoogdieren, maar ook bij dieren die minder ver staan op de evolutionaire ladder. Er ligt dus een berg aan informatie te wachten op de nieuwsgierige wetenschappers.

Caenorhabditis elegans, een intelligente worm

En zo startte de zoektocht naar neuropeptiden die een rol spelen in leren en geheugen. De geschikte partner in crime hiervoor bleek de kleine rondworm Caenorhabditis elegans (C. elegans voor de vrienden) te zijn. De keuze voor dit organisme lijkt initieel verrassend, maar is zeker en vast niet ondoordacht. Deze één millimeter lange diertjes kunnen eenvoudig met honderd individuen gehouden worden in een Petri plaat (veel handiger in vergelijking met de tientallen vierkante meters die nodig zijn om hetzelfde aantal muizen te houden). Daarnaast is er nog een kenmerk dat in het voordeel pleit van C. elegans. In vergelijking met het labyrint van kronkels, bochten en groeven van onze hersenen, is het simpele, volledig in kaart gebrachte zenuwstelsel van C. elegans een zegen voor elke onderzoeker. Bovendien beschikt C. elegans over een homoloog voor 60 tot 80% van de humane genen. Zo gek is het dan toch niet om dit organisme in ons onderzoek te gebruiken. Ondanks mijn overtuigingskracht hoor ik jullie nog altijd afvragen: ‘Welk leergedrag kan een beestje van amper één millimeter vertonen?’ Wel, C. elegans vertoont repulsief gedrag uit ten aanzien van zout, zelfs bij attractieve concentraties, na een korte blootstelling aan een zoute omgeving zonder voedsel. Deze vorm van associatief leren waarbij een associatie wordt gemaakt tussen de aanwezigheid van zout en de afwezigheid van voedsel, wordt smaakplasticiteit genoemd. Zo, met het juiste organisme en leergedrag konden we dus vol goede moed aan onze zoektocht beginnen.

En ja hoor, er kwam een winnaar uit de bus. De afwezigheid van een functioneel neuropeptide NLP-44 en diens receptor NMUR-1 leidde ertoe dat de wormen geen zout meer vermeden nadat ze aan het zout in de afwezigheid van voedsel werden blootgesteld. Maar er is meer… C. elegans bleek ook een kieskeurig beestje te zijn. Zo vertoonden ze enkel en alleen smaakplasticiteit wanneer ze werden blootgesteld aan het zout NaCl, beter bekend als keukenzout. Het aanwezige zout gedurende het experiment bleek dus belangrijk te zijn om dit type van leergedrag te bewerkstelligen. Deze observatie kunnen we terugbrengen naar het feit dat NLP-44 wordt teruggevonden in het ASG neuron dat samen met andere neuronen instaat voor de detectie van dit zout. Het belang van ASG in smaakplasticiteit werd bevestigd door het feit dat inactivatie van dit neuron leidde tot een defect in dit leergedrag. Op het vlak van voedsel bleek deze rondworm dan weer geen voorkeur te vertonen. De gedragingen van C. elegans wijzigden niet wanneer ze grootgebracht werden op twee verschillende bacteriële diëten. Zou ons eten dan toch geen effect hebben op ons geheugen? Heb ik al die jaren voor niets kilo’s noten naar binnen gespeeld tijdens de examens?!

Slimmer in de toekomst?

Resultaten uit deze scriptie en vorig onderzoek duiden dus op het belang van neuropeptiden in vele gedragingen waaronder leren en geheugen. Hebben we hiermee de deur geopend naar een wereld waar we aan de hand van een neuropeptideninjectie ons geheugen een boost kunnen geven? Zou dit de baken van hoop zijn in de strijd tegen dementie en de algemene achteruitgang van ons geheugen naarmate we verouderen? Uiteraard is dit allemaal nog toekomstmuziek, maar elke bijdrage tot het verstaan van deze fenomenen is een stap in de goede richting. En zoals de volkswijze zegt: ‘Rome is ook niet in één dag gebouwd!’