De oogst van 2007
Genomineerden voor de Prijs van Wetenschap & Maatschappij
3
4
De oogst van 2007
Genomineerden voor de Prijs van Wetenschap & Maatschappij
5
Jury
Dorret Boomsma Dirk van Delft Vincent Icke Frits van Oostrom Friso van Oranje Paul Schnabel Maartje van Weegen
Redactie
Liesbeth Koenen Rik Smits
Vormgeving
Sanne Basjes - McKinsey & Company
Met medewerking van
Domien Debruyne - McKinsey & Company Esther Drukker - McKinsey & Company Gili Crouwel - O=4
6
Discreet puzzelen met atomen
8
Het hart van de binnenvetter
16
De echte werking van een kankerremmend molecuul
24
Toen de Noordelijke IJszee nog warm was
32
Moleculaire macaroni-spaghetti voor de industrie
40
Griepvirussen en hun gastheren
48
Vingerafdrukken van de atmosfeer
56
Streepjescode verraadt virusbesmetting
64
Universiteit Leiden
Universiteit van Tilburg
Technische Universiteit Delft
Nederlandse organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek
Technische Universiteit Eindhoven
Erasmus Universiteit Rotterdam
KNMI
Universiteit Twente
7
Joost Batenburg Discreet puzzelen met atomen – universiteit Leiden
8
Kees Joost Batenburg (1980) was de beste bij de Nederlandse Informatica Olympiade in 1997 en 1998. In diezelfde jaren won hij respectievelijk een bronzen en een zilveren medaille op de Internationale Informatica Olympiade. In 1999 was hij lid van het team dat het Noordwest-Europees kampioenschap programmeren voor studenten won, en deed hij propedeutisch examen in zowel wiskunde als natuurkunde en informatica. Tijdens zijn studie ontwikkelde hij de benodigde software voor het project Escher en het Droste-effect, onder leiding van prof. dr. H.W. Lenstra, waarmee geavanceerde wiskundige concepten toegankelijk werden gemaakt voor een breed publiek. Hij slaagde voor het doctoraalexamen wiskunde in 2002 en een jaar later in de informatica, beide keren cum laude. Van 2002 tot 2006 werkte hij als onderzoeker in opleiding op het CWI in Amsterdam en aan de Universiteit van Leiden, waar hij in september 2006
promoveerde. In 2006 won hij als eerste de Philipsprijs voor de beste presentatie van wiskundig promotieonderzoek tijdens het Nederlands Mathematisch Congres. Sinds 1 september 2006 doet hij als postdoc bij het Vision Lab van de Universiteit Antwerpen zowel fundamenteel als toegepast onderzoek naar nieuwe tomografische reconstructietechnieken. In zijn vrije tijd speelt Joost Batenburg piano en doet hij aan tennis en hardlopen. Hij is getrouwd en heeft geen kinderen.
9
Universiteit Leiden
Discreet puzzelen met atomen Er zijn veel situaties waarin we willen weten hoe iets er vanbinnen uitziet, terwijl we de gezochte eigenschappen van buitenaf niet kunnen zien, en ook het object waar het om gaat niet kunnen openmaken. Speuren naar tumoren of uitzaaiingen in een levende patiënt is zo’n geval, maar ook het in kaart brengen van het binnenste van een ruwe diamant, zodat de slijper weet hoe hij er de grootste steen uit kan halen. Of denk aan een chipfabri10
kant, die zijn wafers op atomair niveau op structuurfouten wil controleren. Patiënten opensnijden is geen oplossing, evenmin als diamanten verkruimelen en chips doormidden breken. De oplossing voor zulke problemen ligt in tomografie, het tekenen met doorsnedes door een voorwerp, die gemaakt worden met behulp van een bundel straling. Vanuit een groot aantal hoeken worden projecties van een voorwerp gemaakt, schaduwbeelden.
Door al die net even verschillende projecties met behulp van computerkracht met elkaar te combineren, ontstaat een weergave van de interne structuur van dat voorwerp in drie dimensies.
Beperkingen
Afhankelijk van de toepassing kunnen allerlei vormen van straling in beginsel dienst doen, van röntgen via zichtbaar licht en ultrageluidsgolven tot aan nucleaire magnetische resonantie, maar er zijn omstandigheden waarin geen enkele methode goed voldoet. Zo is röntgenstraling heel geschikt om mensen te scannen, maar is de schadelijkheid ervan voor het lichaam iets waarmee we terdege rekening moeten houden. Bij het doormeten van kris-
tallen kan de structuur ervan door de gebruikte straling veranderen. Het resultaat kan een beschadigd kristal zijn, waarvan de structuur niet meer die is die de meting opleverde. Dat heeft geleid tot het ontwikkelen van methoden om driedimensionale beelden van de compositie van voorwerpen te construeren die met een handvol projecties toekunnen: de discrete tomografie, een nog pril vakgebied dat we onder die naam pas kennen sinds 1994. En dat werd het werkterrein van Joost Batenburg. Discrete tomografie is vooral bruikbaar wanneer het te scannen object uit maar een paar verschillende materialen bestaat, of wanneer we maar een materiaal in een complex object in beeld willen brengen, bijvoor11
beeld alleen het bot in een lichaam. Het is ook een methode die het ma-
Links een doorsnede van een muizenbotje gemaakt met klassieke continue tomografie, rechts een met discrete tomografie gegenereerd beeld. Discreet levert minder nuance, maar grotere helderheid.
ken van doorsnedes op atomair niveau mogelijk maakt. Dat is interessant voor de chipfabrikanten, de elektronenmicroscopie en nog heel andere toepassingen.
Diamanten
Het bijzondere geval waar Batenburg aan werkte, doet zich voor wanneer een object uit maar een enkel materiaaltype bestaat, zoals een diamantkristal. De atomen of moleculen die een kristal vormen, liggen geordend in een regelmatig rooster. In een kristal dat is opgebouwd uit slechts een soort atomen, zoals diamant, wordt de structuur bepaald door het voorkomen van lege plekken in het rooster. Zo’n kristal heet binair – er is maar een, 12
tweewaardige keuze: op elke positie bevindt zich wel een atoom of geen atoom, verder valt er niets te kiezen. Je kunt je een vlak uit zo’n rooster voorstellen als een dambord, waarop op sommige velden wel een steen staat, en op andere niet. Door niet met röntgenstraling maar met een elektronenbundel elke rij en kolom van het dambord af te tasten, ontstaat een reeks getallen die aangeven hoeveel stenen er op elke rij en in elke kolom staan. Maar daaruit blijkt nog niets over waar die stenen precies staan. Het probleem is dat het aantal verdelingen dat klopt met de hele set van rij- en kolomtotalen exponentieel stijgt met de omvang van het gemeten kristal. Batenburg bedacht evenwel computerprogramma’s die niet verdrinken in die explosie van combinatiemogelijkheden, maar wel de enige juiste oplossing opleveren: die welke overeenkomt met de werkelijke structuur van het kristal. Of beter: kristalletje, want Batenburgs werk is in dit stadium vooral relevant voor het meten van nanokristallen. De elektrische eigenschappen van deze minuscule kristalletjes, zo klein dat er wel een miljard in een suikerkorrel passen, hangen af van hun formaat. Door ze heel precies bij te snijden, maakt de industrie zowel kristallen die geschikt zijn om zonnepanelen mee te bouwen als kristallen om aardolie om te zetten in diesel, en zo voort.
Links (a) de gemeten totalen in de rijen en kolommen van een doorsnede door een kristalletje van zes atomen hoog en breed. Midden en rechts twee daarmee verenigbare verdelingen van atomen (0 is geen atoom, 1 is wel een atoom). Er zijn heel veel meer mogelijke oplossingen. Je kunt bijvoorbeeld alle rijen of kolommen met identieke totalen altijd onderling verwisselen. doen we dat met de rijen met totaal 5, dan levert dat in (b) een extra mogelijkheid op. Maar niet in (c), want daar hebben beide rijen dezelfde verdeling. (Illustratie Kennislink)
Het meten van zulke kleine objecten is hondsmoeilijk. Ze moeten heel stil liggen, heel precies onder de juiste hoek, terwijl elke doorsnedemeting rond een half uur duurt. Dan is er veel aan gelegen om met zo weinig mogelijk metingen te kunnen volstaan.
Voorkennis
Batenburgs oplossingen berusten op twee pijlers. De eerste is een paarsgewijze benadering. In plaats van alle combinatiemogelijkheden van alle doorsnedes te proberen te bekijken – een onmogelijke opgaaf – begint hij met slechts twee doorsneden. Daaruit berekent hij de set van alle compatibele kristalstructuren. Dan neemt hij telkens een van de overblijvende
doorsnedes, en gooit alle berekende kristalstructuren weg die niet met die doorsnede kloppen. Zo maakt hij gaandeweg de set steeds kleiner, tot uiteindelijk de juiste structuur als enige overblijft. De tweede pijler is het gebruik van voorkennis, kennis over mogelijke structuren van materialen die bij experts al aanwezig is. Wanneer een materiaalkundige zijn kennis van tevoren in het programma invoert, heeft hij in bepaalde gevallen genoeg aan slechts vier opnames. Inmiddels werkt Batenburg in Antwerpen aan algoritmen die overweg kunnen met objecten op niet-atomaire schaal en voorwerpen met meer dan twee grijswaarden. Bot bijvoorbeeld, 13
of koolstof buisjes in een elektronenmicroscoop. En in de diamantstad onvermijdelijk ook diamant. Diamantslijpers maken met tomografie beelden van ruwe edelsteen, om te bepalen hoe er het beste aan geslepen kan worden. Op dit moment kost dat nog een paar honderd beelden per steen, maar als Batenburg zijn rekenmethodes rond krijgt, zijn dat er over een tijdje nog maar zo’n twintig.
Het onderzoek van Joost Batenburg is gepubliceerd in zijn proefschrift: K.J. Batenburg Network flow algorithms for discrete tomography, Universiteit Leiden 2006.
14
15
Johan Denollet Het hart van de binnenvetter – Universiteit van Tilburg
16
Johan Denollet (1957) groeide op in Antwerpen en studeerde psychologie aan de Universiteit van Gent. Na zijn afstuderen – in 1980 – werkte hij geruime tijd als psycholoog in het Academisch Ziekenhuis Antwerpen. Tijdens deze jaren combineerde hij zijn werk in de klinische zorg voor hartpatiënten met wetenschappelijk onderzoek naar de rol van psychologische factoren bij de revalidatie en prognose van hart- en vaatziekten. In 1992 promoveerde hij cum laude op Personality, Rehabilitation and Coronary Heart Disease. De passie voor onderzoek en het ‘scientist-practioner’-model leidde in 2000 tot zijn aanstelling als universitair hoofddocent aan de Universiteit van Tilburg. Sinds 2003 werkt hij daar als hoogleraar Medische psychologie. Momenteel leidt hij een groep van jonge, gedreven onderzoekers die de interactie tussen lichamelijke en psychologische processen bestuderen bij mensen met aandoeningen zoals hartziekten, kanker
of diabetes. Het in veel internationale vakbladen gepubliceerde en vaak geciteerde onderzoek heeft inmiddels ook zijn beslag gekregen in een onder leiding van Denollet tot stand gekomen tweejarige masteropleiding in de Medische Psychologie. Daar wordt studenten psychologie geleerd hoe ze in de medische setting het lot van heel wat mensen met lichamelijke aandoeningen kunnen verbeteren. Johan Denollet is getrouwd en heeft twee zonen van elf en twaalf jaar. In zijn vrije tijd geniet hij van reizen, film en lezen, of van het werken in de tuin. Hij is ook een fervente liefhebber van stevige rockmuziek, en hoopt ooit nog eens het Italiaans onder de knie te krijgen.
17
Universiteit van Tilburg
Het hart van de binnenvetter De binnenvetter bestaat. En precies zoals de volksmond wil, is binnenvetten slecht voor je hart. Niet alleen omdat het de kans op hart- en vaatziekten vergroot, maar ook omdat behandelingen slechter aanslaan bij een bepaald type persoonlijkheid. Of iemand die heeft, valt heel eenvoudig vast te stellen, en vervolgens kan daar in de medische praktijk goed rekening mee worden gehouden. Dat is heel in het kort wat medisch psycholoog prof. 18
dr. Johan Denollet ontdekte. Het was in de jaren negentig tijdens zijn werk in een academisch ziekenhuis dat Denollet onverklaarbare verschillen tegenkwam in de manier waarop hart- en vaatpatiënten herstelden van behandelingen. Hetzelfde medisch profiel leverde, zo bleek, lang niet altijd een ongeveer gelijk ziekteverloop op. Sommige mensen zijn ook na een zwaar hartinfarct en ingewikkelde ingrepen weer behoorlijk snel
op de been, terwijl het aan de andere kant ook gebeurt dat veel minder ernstige aandoeningen maar niet voorbij willen gaan. Zijn observaties brachten Denollet tot de veronderstelling dat ook de persoonlijkheid van patiënten van invloed is op de risico’s die ze lopen, bijvoorbeeld op een nieuwe hartaanval. Dat zou betekenen dat het mogelijk moet zijn patiënten niet alleen medisch-technisch te behandelen, maar ook interventies te plegen ten aanzien van hun gedrag.
Extravert of neurotisch
Denollet ging grote hoeveelheden gegevens verzamelen van hart- en vaatpatiënten. Naast medische informatie ook gegevens over hun persoonlijk-
heid. In eerste instantie gebruikte hij daarvoor bestaande psychometrische vragenlijsten, waarbij het van oudsher meestal gaat om één persoonlijkheidskenmerk, bijvoorbeeld in hoeverre iemand extravert of neurotisch is. Die afzonderlijke kenmerken bleken niet genoeg om voorspellingen te doen over hart- en vaatziekten, die nog steeds doodsoorzaak nummer een zijn in de Westerse samenlevingen. Statistische analyses laten zien dat patiënten grofweg te verdelen zijn in twee groepen: de type-D persoonlijkheid en de niet-type-D persoonlijkheid. De D is van ‘distressed’, dat betekenissen heeft als ‘angstig’, ‘diep bedroefd’, ‘ontredderd’. Iemand met dat type persoonlijkheid verenigt twee persoonlijkheidskenmerken in zich: hij 19
of zij maakt zich snel druk over dingen en wordt dan boos of geïrriteerd (in vaktaal: heeft het kenmerk ‘negatieve affectiviteit’), maar tegelijk is het iemand die gevoelens onderdrukt en ze uit angst voor de reacties van anderen niet uit. ‘Sociale inhibitie’ is de gangbare term voor dat tweede kenmerk. Samen krijg je dan wat in het dagelijks leven een binnenvetter heet. Daar zijn er nogal wat van. Het type-D persoonlijkheid blijkt voor te komen bij een kwart tot dertig procent van alle hartpatiënten. En het is inderdaad een krachtige voorspeller gebleken voor een slechte prognose na een hartinfarct of een hartoperatie. Type-D persoonlijkheden hebben drie tot vier keer meer kans op een nieuwe hartaanval of een hartstilstand dan anderen. En dat staat los van traditionele risicofactoren zoals het cholesterolgehalte en het geslacht, en ook de ernst van de aandoening staat erbuiten. Daar komt bij dat er een duidelijke relatie is met hoe de patiënt zich voelt na een ingreep. Effecten op die zogenoemde kwaliteit van leven blijken er zelfs jaren na een operatie nog te zijn.
Risicoprofiel
Erachter komen of iemand een type-D persoonlijkheid heeft, kost niet veel tijd. Denollet ontwikkelde een lijst met tweemaal zeven vragen of beter: stellingen, waarop iemand op een schaal van nul tot en met vier moet aange20
ven in hoeverre die op hem of haar van toepassing zijn. Bijvoorbeeld: ‘Ik ben vaak slecht gehumeurd’, ‘Ik maak vaak een praatje met onbekenden’ en ‘Ik maak me dikwijls zorgen’. Het is in vijf minuten gebeurd. Type-D Vragenlijst 1
Ik maak gemakkelijk contact met mensen
0
1
2
3
4
2
Ik maak me dikwijls druk over onbelangrijke zaken
0
1
2
3
4
3
Ik maak vaak een praatje met onbekenden
0
1
2
3
4
4
Ik voel me vaak ongelukkig
0
1
2
3
4
5
Ik ben vaak geïrriteerd
0
1
2
3
4
6
Ik voel me vaak geremd in de omgang met anderen
0
1
2
3
4
7
Ik zie de zaken somber in
0
1
2
3
4
8
Ik vind het moeilijk om een gesprek te beginnen
0
1
2
3
4
9
Ik ben vaak slecht gehumeurd
0
1
2
3
4
10
Ik ben een gesloten persoon
0
1
2
3
4
11
Ik houd andere mensen liefst wat op een afstand
0
1
2
3
4
12
Ik maak me dikwijls zorgen
0
1
2
3
4
13
Ik zit vaak in de put
0
1
2
3
4
14
Ik weet niet waarover ik moet praten met anderen 0
1
2
3
4
Bron: Denollet (2005), Psychosomatic Medicine, vol. 67, pp. 89-97. Emons, Meijer & Denollet (2007), Journal of Psychosomatic Research, in press.
Als patiënten met hart- en vaatziekten bijvoorbeeld voor het eerst in de kliniek komen, kan dus eenvoudig hun risicoprofiel worden bepaald. Uit recente analyses met de meest geavanceerde statistische methoden is nog eens gebleken dat de lijst daar in al zijn eenvoud inderdaad een geschikt instrument voor is. Want om welke van alle nieuwe technieken het ook gaat – vaten openmaken en -houden met behulp van dotteren en stents, een defibrillator inbrengen of zelfs een harttransplantatie – ze zijn allemaal minder succesvol bij patiënten met een type-D persoonlijkheid. Dat betekent overigens niet dat type-D patiënten die behandelingen beter niet kunnen ondergaan, maar wel dat ze extra zorg
Cumulative proportion at risk (%)
en aandacht nodig hebben daarna.
6%
H R = 5 .31 * [C I 2.1-13.7] p = .002 T ype D
4%
2%
0%
N onon-T ype D 0m
Type D 254 Non621 Non-Type D Numbers at risk
3m
6m
253 620
244 616
9 months 242 609
Kans op overlijden of een nieuwe hartaanval na dottering, uitgesplitst naar persoonlijkheidstype.
Lichaam en geest
In de geneeskunde werd de gedachte dat lichaam en geest samenhangen lang zeer gewantrouwd. Maar het onderzoek van Denollet toont duidelijk aan dat persoonlijkheid en gedrag een grote rol spelen bij de revalidatie van hartpatiënten. Als aanhanger van het scientist-practitionermodel werkt Denollet aan het toespitsen van bestaande gedragstherapieën op de groep hartpatiënten met een type-D persoonlijkheid. Psychologen dienen volgens hem net als medisch specialisten hun methodes te onderbouwen. Zijn wetenschappelijke interesse heeft hem inmiddels weer een stap verder gebracht op zijn zoektocht naar de mechanismen die de relatie tussen persoonlijkheid en hartfalen verklaren. Wie een risico lopen op herhaalde hartklachten is wel duidelijk, het gaat nu om het vinden van het hoe en het
waarom. Onder meer door te kijken naar verbanden tussen de psyche en de complexe biochemische processen in ons lichaam. Dat die er zijn, wordt steeds vaker aangetoond.
Puur mechanisch
Zo dacht men tot voor kort dat vaatvernauwing een puur mechanisch proces was: een kwestie van vetafzettingen die leiden tot het dichtslibben van aderen. Maar het is inmiddels gebleken dat het immuunsysteem ook een belangrijke rol speelt bij een flink aantal hartaandoeningen. Binnen dat afweersysteem vervullen hormonen als cortisol, dat je aantreft in het lichaam van mensen die onder langdurige stress staan, een cruciale functie. Een verband met de type-D patiënten is onlangs aangetoond: zij hebben meer cytokines dan normaal in hun bloed –stoffen die uiteindelijk aangestuurd worden door cortisol. En onderzoekers van het University College in Londen toonden pas geleden aan dat hartpatiënten met een type-D persoonlijkheid als ze wakker worden een verhoogde cortisolwaarde hebben. De komende decennia zullen er door de vergrijzing alleen maar meer pati enten komen met chronische hartaandoeningen. Dat betekent automatisch een stijging van de uitgaven voor de gezondheidszorg. Aandacht voor de ‘binnenvetter’ is daarom niet alleen voor die binnenvetter zelf, maar ook 21
uit economisch oogpunt nuttig en nodig. Over het onderzoek is eerder gepubliceerd in onder meer The Lancet, Circulation, Psychosomatic Medicine, en recent in American Journal of Cardiology (2006; vol. 97, pp. 970-973), European Heart Journal (2006; vol. 27, pp. 171-177), Journal of Heart and Lung Transplantation (2007; vol. 26. pp. 152-158), en in Heart (2007; vol. 93, pp. 814-818).
In 2005 haalde Denollets onderzoek de cover van het Amerikaanse opinieblad Newsweek.
22
23
Nynke Dekker De echte werking van een kankerremmend molecuul – Technische universiteit Delft
24
Nynke Dekker (1971) studeerde natuurkunde en wiskunde aan de universiteiten van Yale en Leiden. Ze promoveerde in de atoomfysica aan Harvard University, maar in 2000 keerde ze terug naar Europa om haar onderzoek richting de biofysica te sturen, het nieuwe wetenschapsgebied dat werkt met biologische moleculen. Ze ging als postdoc aan de École Normale Supérieure in Parijs onderzoek doen met behulp van magnetische pincetten. In 2002 begon ze aan het Kavli Instituut voor Nanoscience in Delft, waar ze inmiddels universitair hoofddocent is. Haar onderzoek kreeg onlangs de European Young Investigators Award toegekend. Zij is lid van De Jonge Akademie In de moleculaire biofysica is de nanometer, één miljoenste millimeter, de relevante lengteschaal. Eén van de meest in het oog springende technieken is de mogelijkheid om een enkel molecuul ‘beet te pakken’. De vakgroep Moleculaire Biofysica van het Kavli Instituut verricht baanbrekend biofysisch onderzoek op
het niveau van enkele DNA-moleculen, enzymen en moleculaire motoren. Dan gaat het bijvoorbeeld om de werking van verschillende eiwitten op DNA en RNA, of de verplaatsing van DNA door nanogaatjes. Het is fundamenteel onderzoek met een open oog voor medische toepassingen. Het onderzoek aan kankerremmers was een deel van het promotieonderzoek van Daniel Koster. Nynke Dekker is getrouwd met een Franse kok en ontwerper van keukenapparatuur. Met hem en hun zoontje van acht maanden – dat ze tweetalig opvoeden – woont ze in Leiden. In hun enigszins schaarse vrije tijd hebben ze veel vrienden over de vloer die nieuwe gerechten komen proeven. Ook gaan ze graag de buitenlucht in.
25
Technische Universiteit Delft
De echte werking van een kankerremmend molecuul Het enzym draagt de fraaie naam topoisomerase IB, in de wandeling afgekort tot topoIB. Je vindt het in alle celkernen, en omdat het in staat is DNA uit de war te halen zijn onderzoekers er sinds een tijd erg in geïnteresseerd. Een interesse die al leidde tot kankermedicijnen die de werking van dat topoisomerase tegengaan. Ze horen bij de nieuwe, veel preciezer gerichte 26
generatie cytostatica (chemotherapie) en het middel topotecan is er een voorbeeld van. Toch was de exacte werking daarvan tot voor kort niet bekend. Aan de Technische Universiteit Delft, bij het Kavli Instituut dat werkt op nanoschaal – dat houdt in: met individuele moleculen – werd daar onder leiding van dr. Nynke Dekker veel meer van
duidelijk. Tegelijkertijd groeien door dat onderzoek met uiterst verfijnde apparatuur ook de inzichten in de processen die celdeling remmen. Alle chemotherapie probeert te voorkomen dat tumoren groeien. Doel is dus tumorcellen zich niet te laten delen. Maar medicijnen kunnen meestal geen onderscheid maken tussen gewone zich delende cellen en kankercellen. Ze zijn daardoor vaak eerder te vergelijken met een schot hagel dan met een mooi precisieschot. De bekende nare bijeffecten, zoals misselijkheid en haaruitval en ook een verminderde afweer, zijn er een rechtstreeks gevolg van.
Telefoonsnoer
Het onderzoek van Dekker en haar collega’s van de Moleculaire Biofysica
groep past in de zoektocht om moleculaire mechanismes beter te begrijpen aan de hand van gevoelige technieken, en zo bijvoorbeeld manieren te vinden om veel preciezer in te grijpen in cellen. Het middel topotecan en het enzym topoIB blijken heel specifiek op elkaar in te werken, waardoor de cel, dus ook een kankercel, niet goed meer functioneert. Hoe gaat het in zijn werk? TopoIB is een heel belangrijk enzym. Het speelt een cruciale rol bij een aantal van de moleculaire ‘motortjes’ die nodig zijn voor het kopiëren van de erfelijke informatie die op het DNA van elke cel opgeslagen ligt. Een DNA-molecuul is lang, en in principe heeft het de vorm van de bekende dubbele wenteltrap, de twee tegenover elkaar liggende stren27
gen met genen. En het kan zich net als een touwtje nog verder opdraaien en vol lussen komen te zitten, een beetje zoals een ouderwets telefoonsnoer. Dan heet het dat het supercoiled is. TopoIB haalt die draaiingen eruit. En dat is nodig, wil je voorkomen dat de hele moleculaire machinerie vastloopt die de DNA-volgorde uitleest en daardoor kronkels in het DNA veroorzaakt – vergelijk het met het ontwinden van een touw. Het gebruikelijke ‘moleculaire kopieerapparaatje’ in cellen, dat uit bepaalde eiwitten bestaat, kan dan niet verder, en in dat geval wordt het niets met de celdeling.
Hier zit een topoIB-enzym om een DNA-molecuul heengeklemd. Het knipt een van de twee gedraaide strengen open zodat ze kunnen ontrollen. Daarna last topoIB de gebroken streng weer aaneen. 28
Wat bij een telefoonsnoer niet aan te raden is, lukt met topoIB heel goed. Het enzym omklemt het opgedraaide DNA, en knipt dan een van de twee DNA-strengen gewoon door. Dan kan de streng ‘uittollen’ en vervolgens plakt topoIB de gebroken eindjes weer aan elkaar.
Ingenieus proces
De kankerremmer topotecan verstoort dit ingenieuze proces. Voeg je het topotecan-molecuul toe, dan verhindert dat onder andere dat die eindjes weer aan elkaar vastgeplakt worden. Met behulp van nieuwe technieken waarmee je enkele moleculen in beeld kunt krijgen en kunt bewerken, is voor het eerst op het moment zelf waargenomen dat zo’n enkel topotecan-molecuul zich bond. Daardoor kon precies gemeten worden hoeveel langer de gebroken eindjes vervolgens aanwezig bleven. Een echte verrassing was dat het uittollen dramatisch veel langzamer bleek te gaan na toevoeging van topotecan. Dekker ontrafelde samen met promovendus Daniel Koster en masterstudent Elisa Bot de invloed van de kankerremmer door in het laboratorium een ‘magnetisch pincet’ in te zetten. Daarvoor stop je een stukje DNA tussen een glasplaatje en een magnetisch bolletje, een experiment dat een soort moleculaire schoenveter oplevert. Met behulp van twee magneten kun je zo-
De kankerremmer topotecan heeft waarschijnlijk twee verstorende effecten op het kopieerproces van een cel. Links: een toegenomen aantal kronkels in het DNA-molecuul waardoor het kopiëren stagneert. Rechts: er ontstaan botsingen tussen de kopieereiwittten en het enzym topoIB (blauw).
wel trekken als draaien aan het DNA, dat na een aantal draaiingen opkrult, net als een veter. Je maakt op die manier een proefopstelling waarop het enzym topoIB losgelaten kan worden. Gebeurt dat op een verdraaid stukje DNA, dan is inderdaad ‘in real time’ te zien hoe de kronkels verwijderd worden. Het is heel bijzonder wanneer exact te volgen valt hoe één enkel enzym op een enkel DNA-molecuul inwerkt.
Botsing
En er bleek dus sprake te zijn van onverwachte wisselwerkingen tussen het enzym en de kankerremmer. Men dacht eigenlijk dat het toedienen van het topotecan-molecuul er alleen maar toe leidde dat het enzym langer op het
DNA-molecuul bleef zitten, waardoor je veel meer kans kreeg dat het botste met de kopieereiwitten, met schade voor de cel tot gevolg. Maar de niet eerder bekende vertragende werking op het ‘ontdraaien’ van het DNA biedt allerlei nieuwe aanknopingspunten. Bovendien kon het verschijnsel in
Met behulp van twee magneetjes kun je trekken en draaien aan een DNAmolecuul. Dat kan dan opkronkelen als een schoenveter. Deze opstelling wordt een magnetisch pincet genoemd.
samenwerking met onderzoekers van het St. Jude Children’s Research Hospital in Memphis in de Verenigde Staten al geverifieerd worden, en wel in gistcellen. Het lijkt er dus op dat de werking van de kankerremmer topotecan inderdaad tweeledig is. Aan de 29
ene kant is er de langere levensduur van de gebroken eindjes van het DNA die een lange bindingstijd van het topoIB-enzym tot gevolg heeft, maar daarnaast laat het enzym ook te veel kronkels in het DNA zitten. Het kan zijn dat die in de weg zitten, waardoor het lastig is om een kopie van de erfelijke informatie te maken. De hoop is dat dit zeer fundamentele onderzoek ook kan bijdragen aan de oplossing van een van de beperkingen die topotecan in de praktijk heeft. Het ontbreekt namelijk nog aan een goede toets om de werking van het molecuul op verschillende tumoren in kaart te brengen. En in de kliniek wil je uiteraard graag weten welk medicijn het best toegediend kan worden bij welk type kanker. Meer over het onderzoek onder meer in Multiple events on single molecules: unbiased estimation in single-molecule biophysics” , D.A. Koster, C. Wiggins, and N.H. Dekker, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 103, 1750-1755 (2006), en ‘Fast dynamics of supercoiled DNA revealed by single-molecule experiments’, Aurélien Crut, Daniel Koster, Chris Wiggins, Ralf Seidel en Nynke Dekker, Proc. Nat. Acad. Sci. (USA), vol. 104, no. 29, p. 11959, (2007).
30
31
Henk Brinkhuis Toen de Noordelijke IJszee nog warm was – nederlandse organisatie voor wetenschappelijk onderzoek (NWO)
32
Henk Brinkhuis (1959) was eigenlijk voorbestemd voor de Nederlandse Filmacademie, maar ging tot verrassing van zijn familie ‘toch’ mariene geologie studeren in zijn geboorteplaats Utrecht. Hij specialiseerde zich in de organische geochemie, sedimentologie en mariene palynologie, en ging daarna verder met promotieonderzoek in Utrecht bij Prof. Henk Visscher in het Mediterrane Paleogeen, de periode van 65 tot 33 miljoen jaar geleden. Zijn onderzoek richt zich vooral op een groep van eencellig plankton, de dinoflagellaten. Na zijn promotie werd hij eind jaren tachtig een van de oprichters en later managing director van een stichting voor derde geldstroomonderzoek uit de internationale olie- en gasexploratie, met wereldwijde activiteiten. Een succesvolle activiteit die in 2000 opgenomen werd binnen TNO/geologische dienst. Zelf trad hij in 1996 in dienst als UHD bij de groep Palaeobotanie en Palynologie (nu Palaeoecologie) van de Universiteit Utrecht, en maakte hij internationaal
naam met zijn onderzoek binnen het internationale Ocean Drilling Program, ODP, nu IODP. Expedities naar de Zuidelijke Oceaan, de Noordelijke IJszee en de Noordpool leidden onder meer tot een reeks van high profile publicaties in o.a. Palaeoceanography en Nature. Zijn onderzoek naar ‘broeikas Aarde’ (tussen zestig en vijftig miljoen jaar geleden) nam een centrale plaats in bij de Utrechtse deelname aan de Nationale Academische Jaarprijs 2006-2007 van NRC Handelsblad. Het Utrechtse team, waar Brinkhuis deel van uitmaakte, won deze prijs voor de beste vertaling van baanbrekend onderzoek naar het brede publiek. Film- en video blijven intussen een belangrijke hobby, en samen met zijn broer Dan Brinkhuis (www.zcene.nl) produceerde Brinkhuis een serie clips over (palaeo)klimaat voor NWO op dvd.
33
Nederlandse organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek
Toen de Noordelijke IJszee nog warm was Archieven zijn niet altijd makkelijk toegankelijk. Die van de geschiedenis van de aarde al helemaal niet, want de historie ligt vaak als het ware opgetast in ultradunne laagjes onder de oppervlakte. Aan sedimentafzettingen valt veel af te lezen, maar om ver terug te kunnen kijken moet je wel diep boren, en dat kan niet zomaar overal. Om die reden was er tot voor kort weinig of niets bekend van de Noordelijke IJszee in vroeger tijden. Een expe34
ditie uit 2004 bracht daar verandering in. Palaeoceanograaf prof. dr. Henk Brinkhuis was erbij, en publiceerde in 2006 voor het eerst over de resultaten in een reeks artikelen in Nature. Hij is gespecialiseerd in mariene algen. Algen, ook fossiele algen, vertellen veel over dingen als de temperatuur en het zoutgehalte van het water waarin ze leven of leefden. De Noordelijke IJszee, zo bleek onder meer, was veel warmer geweest dan
iemand ooit gedacht had, en dat laat zien dat de klimaatmodellen waarmee vandaag de dag gewerkt wordt niet kloppen. Gegevens van 55 miljoen jaar geleden kunnen helpen om meer te begrijpen van de opwarming van de aarde waar nu de kranten vol mee staan.
eraan te pas om voor het eerst een boorschip te krijgen bij de 1500 kilometer lange Lomonosovrug, die tussen Siberië en Groenland ligt, op ongeveer 1400 meter waterdiepte. De zee boven die rug is bedekt met een laag zee-ijs van vier tot zeven meter. Maar liefst
Dramatische periode
De expeditie droeg de naam Arctic Coring Expedition, kortweg ACEX, en was onderdeel van het internationale Integrated Ocean Drilling Program (IODP). Dat is een wetenschappelijk samenwerkingsverband tussen Europa, Japan en de Verenigde Staten voor diepzeeboringen, waaraan ook Nederland meedoet. ACEX heeft meteen al heel wat opmerkelijke antwoorden opgeleverd. Drie ijsbrekers kwamen 35
450 meter ver ging men met enorme boren de oceaanbodem in. De sedimentkernen die naar boven gehaald werden, gingen terug tot 55 miljoen jaar geleden. Het onderste, oudste deel leverde de verrassendste resultaten op. Het gaat om een dramatische periode: de heetste die de aarde ooit gekend heeft. Het zogenoemde
algen, en de zogenaamde oerthermometer van het Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) werd toegepast. Die thermometer berust op het aantal chemische ringstructuren in de membranen van bepaalde eencelligen (archaea). Hoeveel dat er zijn hangt namelijk rechtstreeks af van de temperatuur van het opper-
Paleoceen-Eoceen thermische maximum duurde zo’n 150.000 jaar, en markeert de overgang tussen de geologische tijdperken Paleoceen en Eoceen. De boorkernen, die voor een groot deel uit samengedrukte fossielen bestaan, werden onderzocht op fossiele
vlaktewater. Dat blijkt een betrouwbare methode. Je kunt dus aan de fossiele archaea en algen zien hoe warm het was toen ze leefden.
36
Broeikaswereld
En warm was het dus inderdaad. Subtropisch, zo’n 23, 24 graden, ongeveer
tien graden warmer dan men tot dus ver gedacht had. Er heersten dus gemiddelde Mediterrane jaartemperaturen. Wereldwijd steeg de temperatuur een graad of vijf, het was een broeikaswereld, waarin veel diepzeesoorten uitstierven en het oppervlaktewater van de Arctische Oceaan van 18 naar 24 graden ging. Opzienbarend. Want dat is niet wat de modellen van nu zouden voorspellen. Die voldoen dus niet. De kans is daarom groot dat ze ook niet voorzien waar het met de huidige opwarming heengaat. Vijf miljoen jaar na de grootste warmte, dus nu zo’n vijftig miljoen jaar geleden, was de oppervlakte van de hele Noordelijke IJszee een enorm warm zoetwatermeer, het grootste dat er ooit bestaan heeft. Vol zoetwatervarens en tropisch plankton. Waarschijnlijk was er toen nauwelijks nog een uitwisseling van water tussen de Arctische Oceaan en de aangrenzende wateren. Daarna zakte de temperatuur geleidelijk verder terug, al bleef het veel warmer dan nu. Het zoetwatervarentje Azolla, de snelst groeiende plant van de wereld, bleef zo’n 800.000 jaar welig tieren. En misschien was het die plantengroei die de mondiale CO2-waarden deed dalen, waardoor we van een broeikas- naar een ijskastwereld gingen. Experimenten met de Azolla’s van nu kunnen daar in de nabije toekomst hopelijk meer over vertellen – bij het Darwin Centrum van NWO is er
inmiddels een groot project gestart. Maar in elk geval eindigde het Azollatijdperk plotseling toen het water aan de Noordpool zowel helemaal zout als een paar graden warmer werd. Waarschijnlijk was er toen een verbinding met andere oceanen tot stand gekomen, met warmere watermassa’s.
Pakijs
De bedoeling van de expeditie was ook om antwoord te krijgen op de vraag wanneer er voor het eerst pakijs daar op de noordpool verscheen, en welke invloed dat warme klimaat had, niet alleen op het Arctisch milieu, maar ook op alle oceaanstromen. Dat ijs kwam zo’n 45 miljoen jaar geleden. En dat is maar liefst dertig miljoen jaar eerder dan altijd was gedacht. Maar het is wel tegelijkertijd met de periode dat de Zuidpool het eerste pakijs te verstouwen kreeg. En dat wijst er op dat het klimaat gedreven werd door wereldwijde veranderingen, en niet door lokale factoren, zoals geologische processen. Waren het toen ook al broeikasgassen? De expeditie heeft dus meteen al heel wat opmerkelijke antwoorden opgeleverd. En heel wat belangrijke vragen opgeworpen. Want hoe het kan dat de Noordpool zelfs zonder warme stromingen uit andere oceanen maar liefst twintig graden warmer was dan nu, is nog niet bekend. Dat vraagt om verder onderzoek, omdat de omstan37
digheden van dit moment wat betreft de toename van broeikasgassen nogal lijken op die van 55 miljoen jaar geleden. En als nu hetzelfde te gebeuren staat als toen, dan staan ons heel hete tijden te wachten. Nature van 1 juni 2006 bevatte drie artikelen over de expeditie: Episodic fresh surface waters in the Eocene Arctic Ocean by Henk Brinkhuis, Stefan Schouten, Appy Sluijs, Johan vd Burgh, Han van Konijnenburg, Andy Lotter, Francesca Sangiorgi, Jan de Leeuw, Jaap Sinninghe Damsté et al.; Subtropical Arctic Ocean temperatures during the Palaeocene/Eocene thermal maximum by Appy Sluijs, Stefan Schouten, Henk Brinkhuis, Jaap Sinninghe Damsté, Gert-Jan Reichart, Lucas Lourens, et al. en The Cenozoic palaeoenvironment of the Arctic Ocean by Kate Moran, Jan Backman, Henk Brinkhuis, et al.
38
39
Bert Meijer Moleculaire macaroni spaghetti voor de industrie – Technische Universiteit Eindhoven
40
Bert Meijer (1955) werd geboren in Groningen, waar hij ook organische chemie studeerde en in 1982 cum laude promoveerde op de chemiluminescentie van 1,2-dioxetanes. Van 1982 tot 1989 werkte hij bij het Philips Natuurkundig Laboratorium aan moleculaire materialen, en aansluitend bij DSM research in Geleen, waar hij leiding gaf aan een pionierende sectie Nieuwe Materialen. Sinds 1991 is hij hoogleraar organische chemie aan de Technische Universiteit Eindhoven, waar hij in 2004 benoemd werd tot universiteitshoogleraar Molecular Sciences. Tevens is hij sinds 1996 voor een deel van zijn tijd hoogleraar macromoleculaire chemie aan de Radbouduniversiteit, en sinds 2006 gasthoogleraar aan de University of California, Santa Barbara. Hij interesseert zich vooral voor het ontwerp, de synthese en karakterisering, en mogelijke toepassingen van supramoleculaire architecturen. Meijers werk leverde hem in 1993
erkenning op in de vorm van de gouden medaille van de KNCV. In 1995 volgde de A.K. Doolittle prijs van de American Chemical society, en in 2000 de silver medal van de MacroGroup UK. In 2001 ontving hij van NWO de Spinozaprijs, en in 2006 werd hij onderscheiden met de ACS Award in Polymer Chemistry. Meijer is lid van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen sinds 2003 en heeft zitting in een aantal internationale adviesraden en redacties. Sinds oktober 2006 zit hij de Wetenschappelijke Adviesraad van DSM voor. Hij is getrouwd en heeft twee kinderen.
41
Technische Universiteit Eindhoven
Moleculaire macaroni spaghetti voor de industrie Dit is het verhaal van hoe onderzoek uit zuiver wetenschappelijke nieuwsgierigheid, ver weg in de ivoren toren, uiteindelijk leidde tot een vinding met een aanzienlijke praktische betekenis voor de maatschappij. Dit is het verhaal van de supramoleculaire polymeren uit het laboratorium van Bert Meijer, een wetenschappelijke curiositeit die technologische werkelijkheid werd. 42
Klittenband
Polymeren zijn moleculen in de vorm van lange ketens, taaie kralenkettingen van kleine, stevig achter elkaar geschakelde eenheden. Ze zijn zo sterk dat de schakels wel met elastische superlijm aan elkaar geplakt lijken. Hun grote lengte en taaiheid geeft polymeren heel bijzondere eigenschappen, die ze van enorm praktisch belang maken.
Kunststof speelgoed, supersterke vezels, moderne autolakken en schokbestendige bumpers zijn maar een paar voorbeelden uit het bijna onafzienbare scala van wat we dankzij polymeren kunnen maken. Maar een groot nadeel van polymeren is dat ze vaak lastig te verwerken zijn, onder meer omdat ze zich pas bij heel hoge temperaturen of onder heel hoge druk in de gewenste vorm laten dwingen. Nu was al langer bekend dat er moleculen bestaan die zich bijzonder tot elkaar aangetrokken voelen. De twee ketens die samen de dubbele helix van het DNA-molecuul vormen, zijn daarvan het bekendste voorbeeld. De manier waarop de twee strengen zich tot het complete DNA-molecuul verenigen lijkt wel wat op een klitten-
bandsluiting. Tussen de ketens ‘ritsen’ enorm veel haakjes in elkaar, die ieder voor zich weinig voorstellen, maar gezamenlijk een oersterke verbinding tussen de strengen vormen. Maar nog interessanter is het dat je dit type verbinding net als klittenband ook weer kunt losmaken zonder dat er iets stukgaat.
Macaroni, spaghetti, macaroni
Rond 1995 speelde de grote vraag of de mooie eigenschappen van polymeren niet met die van zo’n klittenbandachtige binding gecombineerd zouden kunnen worden. Het was een prachtige academische puzzel, vond Meijer: zou je een moleculair klittenband kunnen ontwerpen dat willekeurige kleine moleculen aan elkaar kan 43
binden tot lange ketens? Het bleek te kunnen. In 1997 deed Meijer met zijn medewerkers in het tijdschrift Science verslag van een bijzondere ontdekking. Er bestond een viervoudige waterstofbrugvormende eenheid, UPy, die perfect als moleculair klittenband werkte. Door UPy’s
wordt toegevoegd. Op die manieren kon Meijer op commando lange spaghettislierten in macaroni veranderen, en andersom.
Een supramoleculair polymeer (midden) kan vloeibaar gemaakt worden door verwarming (links). Dat kan ook met een vluchtig oplosmiddel (rechts), zodat het polymeer zelfs per spuitbus verwerkbaar is.
De structuur van UPy. Daaronder het vormen en opbreken van ketens bij verhitting en afkoeling.
te koppelen aan andere kleine eenheden konden lange ketens gevormd worden, die bij kamertemperatuur dezelfde eigenschappen hadden als conventionele polymeren. En mooier nog, zulke zogenaamde supramoleculaire polymeren waren veel gemakkelijker verwerkbaar dan gewone polymeren, doordat het moleculaire klittenband vanzelf loslaat bij hogere temperaturen of wanneer een oplosmiddel 44
Dat dat kon, was een ding. Maar hoe het mechanisme achter supramoleculaire polymerisatie in elkaar zat, werd pas later ontrafeld, op basis van een analysemodel dat gemaakt werd door een promovendus van Meijer, Pascal Jonkheijm. Er bleek onder meer een heel bijzonder mechanisme te bestaan, waarbij deeltjes eerst samenklonterden tot rommelige stapeltjes. Bereikte zo’n stapeltje een bepaalde omvang, dan ordenden de deeltjes erin zich plotseling in de vorm van de voet van een wenteltrap, waarna die basis in hoog tempo tree na tree uitgroeide tot een lange, wenteltrapvormige keten. Het waren verrassende resultaten, die in 2006 ook weer in Science gepubliceerd werden. Maar weinig wetenschappers hadden verwacht dat de ke-
Hoe supramoleculaire ketens zich vormen en weer uiteenvallen.
tens zouden groeien volgens een vast mechanisme dat heel exact beschreven kon worden.
Zelfherstellend
Inmiddels is de supramoleculaire technologie toegepast in verschillende soorten materialen, zoals polymeren die met licht geschakeld kunnen worden en geleidende polymeren voor gebruik in plastic zonnecellen. Maar hun sterk temperatuurafhankelijke gedrag maakt supramoleculaire polymeren ook heel geschikt om er materialen van te maken met zelfherstellende eigenschappen. Een kras in een voorwerp wordt eenvoudig gladge-
Twee voorbeelden van zelfherstel.
streken door het materiaal plaatselijk te verwarmen. Als dat gebeurt, laat het moleculaire klittenband daar los, gaat het materiaal vloeien en vult het de beschadiging op. Bij afkoeling haakt vervolgens het klittenband vanzelf weer in elkaar en krijgt het materiaal zijn oorspronkelijke eigenschappen terug. Dat die procedure in principe ongelimiteerd kan worden herhaald, is uiteraard een groot voordeel. Het is ook een fikse pre dat er geen giftige katalysatormoleculen in het polymeer hoeven te worden opgesloten, wat bij veel andere methoden wel nodig is.
Bio-actieve materialen
Supramoleculaire polymeren hebben nog een uniek voordeel boven normale polymeren. Wanneer we een conventioneel polymeer nodig hebben met nieuwe eigenschappen, dan moet een compleet nieuw polymeer ontworpen en gefabriceerd worden. Een heel werk. Maar met de op UPy’s gebaseerde klittenbandpolymeren gaat het een stuk eenvoudiger. Vooraf kunnen we combinaties van UPy’s met allerhande andere stoffen maken. Om nieuwe polymeren met bepaalde eigenschappen te maken, hoeven we die bouwstenen alleen maar op de juiste manier warm of in een oplosmiddel met elkaar te mengen. Bij afkoeling of verdamping onstaat dan vanzelf het gewenste polymeer. Een mooie toepassing daarvan is het 45
maken van dragermateriaal voor het kweken van nieuwe weefsels. Want bij tissue-engineering, zoals dat heet, moeten eigenschappen als sterkte en elasticiteit heel nauwkeurig geregeld worden. Bovendien kunnen met UPy’s actieve moleculen aan het materiaal bevestigd worden die de groei stimuleren. Zo ontstaat op een eenvoudige manier een echt bio-actief materiaal dat de omstandigheden in het lichaam steeds beter benadert. Uit een en ander kwamen een aantal patentaanvragen voort, en ook de industrie toonde zich heel geïnteresseerd. In 2002 was dat aanleiding voor Meijer om het bedrijf SupraPolix BV mede op te richten. Daar worden, onder meer in samenwerking met de groep van Meijer aan de Technische Universiteit Eindhoven, allerlei nieuwe toepassingen ontwikkeld. Inmiddels beschikt SupraPolix over verschillende concrete producten als lijmen en reversible coatings, die allemaal profiteren van het klittenbandeffect. Die zijn nu zover geperfectioneerd dat hun daadwerkelijk verschijnen op de markt kon worden aangekondigd. Wat tien jaar geleden begon als een wetenschappelijke curiositeit, is nu een technologische doorbraak geworden: een nieuw type materialen dat ontwerpers tot nog toe ongekende mogelijkheden biedt.
46
Meer over dit onderzoek in R.P. Sijbesma et.al. Reversible polymers formed from self-complementary monomers using quadruple hydrogen bonding, Science 278/28, november 1997, 16011604; P. Jonkheijm et.al Probing the solvent-assisted nucleation pathway in chemical self-assembly, Science 313/7, juli 2006, 80-83; P. Y. W. Dankers et.al. Chemical and biological properties of supramolecular polymer systems based on oligocaprolactones, Biomaterials 27, 2006, 5490-5501 en Modular bioresorbable or biomedical, biologically active supramolecular materials, Patent WO2006118461, 9 november 2006.
47
Ron Fouchier Griepvirussen en hun gastheren – Erasmus universiteit Rotterdam
48
Ron Fouchier werd in 1966 geboren in Tilburg en studeerde microbiologie in Wageningen. In de jaren negentig specialiseerde hij zich in de virologie via een promotieonderzoek aan de Universiteit van Amsterdam, en daarna als post-doctoral fellow bij het Howard Hughes Medical Institute van de University of Pennsylvania in Philadelphia. Na tien jaar in het HIV/ AIDS-veld stapte hij over naar onderzoek aan luchtwegvirussen. Als KNAW-fellow zette hij bij de afdeling virologie van het Erasmus MC in Rotterdam een nieuwe onderzoeksgroep op, gespecialiseerd in de moleculaire virologie en evolutie van griepvirussen. Zijn team was bovendien verantwoordelijk voor de ontdekking van een nieuw luchtwegvirus bij jonge kinderen, en voor het bewijs dat een onbekend coronavirus de veroorzaker was van de ziekte SARS. In 2007 is hij benoemd tot hoogleraar Moleculaire Virologie aan het Erasmus MC. Fouchier is lid van De Jonge Akademie van de KNAW, editor van diverse
internationale tijdschriften, en nauw betrokken bij de oprichting van een nieuwe Masters opleiding Infectie en Immuniteit. Het overbrengen van kennis, kunde en passie voor wetenschappelijk onderzoek aan jonge onderzoekers is een van zijn belangrijkste drijfveren. Ron Fouchier is gehuwd met Bernadette van den Hoogen en heeft twee dochters, Anne (6) en Julia (3). Hij is een trouw bezoeker van de thuiswedstrijden van Feyenoord. Zijn spaarzame vrije avonden vult hij bij voorkeur lekker etend en drinkend met zijn vrouw en vrienden. Drie dagen per week werkt hij niet, en knutselt dan met zijn kinderen, bezoekt Diergaarde Blijdorp of de camping.
49
Erasmus Universiteit Rotterdam
Griepvirussen en hun gastheren Influenza A virussen zijn de belangrijkste veroorzakers van griep bij mensen. Maar ze zorgen ook voor vogelgriep bij wilde vogels en pluimvee. In de natuur zijn het de wilde vogels die het reservoir vormen waar influenza A virussen zich gewoonlijk ophouden. Wat ze gevaarlijk maakt, is dat ze kunnen overspringen naar pluimvee. Soms zien we daardoor massale uitbraken van hoog pathogene aviaire influenza, ofwel vogelpest. In Nederland 50
gebeurde dat in 2003 met het H7N7 virus, terwijl al sinds 1997 het H5N1 virus in veel landen op het oostelijk halfrond rondwaart. Die laatste beide virustypen kunnen ook overspringen op mensen, en behoren daarmee tot de gevaarlijkste categorie. Mocht blijken dat ze ook van de ene mens op de andere kunnen overgaan, dan zou een grieppandemie kunnen volgen, een wereldwijde, onbeheersbare uitbraak met onoverzien-
bare gevolgen. Het ergste voorbeeld daarvan is nog altijd de Spaanse griep die in 1918 aan veertig miljoen mensen het leven kostte. Maar de Aziatische griep die in 1957 huishield, was met twee miljoen doden ook niet mis, terwijl de Hong Kong griep van 1968 toch ook nog een miljoen levens eiste. Dat virussen kunnen overspringen van vogel naar mens is dus geen geheim, maar hoe ze zich zo aanpassen dat ze in de nieuwe gastheer kunnen floreren, is nog grotendeels onbekend. Dat is het raadsel dat Ron Fouchier poogt te ontsluieren.
35.000 vogels
Een noodzakelijke stap op weg naar meer begrip is het in kaart brengen van de normale verspreiding van griepvi-
russen in de natuur en de genetische variatie die onder normale omstandigheden voorkomt. Daarover bestonden wel Amerikaanse, maar geen Europese cijfers. Fouchier en zijn medewerkers maakten daarom samen met een groot aantal ornithologen uit binnen- en buitenland een inventarisatie onder Europese wilde vogels. Daaruit kwam, nadat meer dan 35.000 vogels getest waren, vast te staan dat griepvirussen zich het meest ophielden in grondeleenden, zoals de wilde eend, de smient en de taling. Maar ook werden ze aangetroffen bij andere eendensoorten en bij ganzen, zwanen en meeuwen. Meeuwen bleken duidelijk andere virussen te dragen dan de andere vogelsoorten. Dat wijst erop dat anseriformes, waartoe eenden, ganzen en zwanen 51
behoren, en charadriiformes, de groep van onder meer meeuwen, sternen en steltlopers, twee afzonderlijke niches vormen voor griepvirussen. Fouchier en de zijnen vonden vooral bij wilde eenden virusvormen die nauw verwant zijn aan de subtypen H7 en H5, nog maar kort geleden verantwoordelijk voor uitbraken van vogelpest bij pluimvee in respectievelijk Nederland en Azië. Maar ze troffen ook nauwe verwanten aan van de typen H1, H2 en H3, de pandemische virussen uit de twintigste eeuw. Deze virussen zijn inmiddels genetisch geheel gekarakteriseerd, en worden gebruikt voor onderzoek naar uitbraken van vogelgriep en pandemieën. Dankzij de successen die bij dat onderzoek geboekt worden, zijn inmiddels elders binnen en buiten de Europese Gemeenschap vergelijkbare studies opgezet, die heel nuttig zijn gebleken bij de recente uitbraken van het H5N1 virus.
Spaanse griep
Zowel het fundamenteel als het toegepast onderzoek naar influenza A virussen heeft lang achtergelopen bij wat elders in de virologie bereikt werd. Dat kwam doordat het pas in 1999 mogelijk werd om griepvirussen genetisch te veranderen. Sindsdien zijn de technieken nog sterk verbeterd, zodat we nu bijna elk soort griepvirus in het laboratorium kunnen maken en gene52
tisch kunnen veranderen. Dat helpt ook om nieuwe generaties griepvaccins en andere medicijnen te ontwikkelen, zowel voor mensen als voor dieren.
Wilde vogels testen blijft handwerk.
Met deze technieken is in Amerika het virus weer tot leven gewekt dat bijna een eeuw geleden de Spaanse griep veroorzaakte. Inmiddels begint duidelijk te worden waarom dat virus destijds zo enorm veel slachtoffers maakte. Anders dan de meeste van vogels afkomstige griepvirussen, kon het Spaanse griepvirus zich in menselijke cellen razendsnel vermenigvuldigen. Dat kwam door mutaties in twee eiwitten aan de buitenkant van het virus die de virusreceptoren op menselijke cellen moeten herkennen, en door mutaties in de polymerase-eiwitten die het erfelijk materiaal van het virus moeten kopiëren. Om het nog erger te maken, lijkt het virus bij zoogdieren een afweerreactie op te wekken die de gastheer maar moeilijk kan afremmen, en die tot ernstige longproblemen leidt.
Luchtwegen
Ook bij de recente uitbraken van vogelgriep zijn mensen door contact met besmet pluimvee geïnfecteerd geraakt. Tijdens de Nederlandse uitbraak van H7N7 overkwam dat 89 personen. Weliswaar leverde dat vooral oogontstekingen en enkele milde luchtweginfecties op, maar toch viel er een dodelijk slachtoffer te betreuren. Een dierenarts, die overleed aan de gevolgen van een ernstige longontsteking en bijkomende complicaties. Van het H5N1-virus zijn inmiddels al meer dan driehonderd mensen ziek geworden, waarvan ruim de helft het niet heeft overleefd.
Luchtpijp geïnfecteerd met een van mensen afkomstig griepvirus (roodbruin). Het virus vermenigvuldigt zich vooral in de trilhaartjes, vanwaaruit het zich gemakkelijk kan verspreiden.
Onlangs bleek uit moleculair biologisch onderzoek dat zich in zowel het H5N1-virus als H7N7 mutaties hadden voorgedaan die leken op die welke
het Spaanse griepvirus zo gevaarlijk maakten. Een belangrijk verschil is evenwel, dat alleen het Spaanse griepvirus in staat was om zich tussen mensen onderling te verspreiden. De beide nu optredende virussen kunnen wel zeer ernstige longontsteking veroorzaken, maar lijken niet gemakkelijk door hoesten of niezen van de ene mens op de andere te kunnen overgaan. De reden is misschien dat beide virussen zich wel gemakkelijk kunnen binden aan cellen in de onderste luchtwegen, maar niet aan die in de bovenste luchtwegen.
Pandemische dreiging
Menselijke en vogelgriepvirussen zijn niet alleen meesters in het zich aanpassen aan nieuwe gastheren door specifieke puntmutaties, maar wisselen ook onderling complete genen uit. Zo’n gebeuren vormde bijvoorbeeld de opmaat tot de twintigste-eeuwse pandemieën van Aziatische griep en Hong Kong griep. Sinds kort kunnen we ook dat fenomeen in het laboratorium kwantitatief bestuderen, wat helpt om een betere inschatting te maken van de mate waarin vogelgriepvirussen een pandemische dreiging vormen. Nu zich uit onderzoek naar de ziekteverwekkende eigenschappen van virussen langzaamaan patronen van aanpassing aan de mens beginnen af te tekenen, rijst de hoop dat geïntegreerde bestudering van menselijke 53
en vogelgriepvirussen duidelijk zullen maken wat precies maakt dat een virus efficiënt van de ene mens op de andere kan overgaan. Dan zullen we weten hoe pandemieën ontstaan en kunnen we zulke rampen waarschijnlijk eerder zien aankomen en beter bestrijden. Over dit onderzoek hebben Fouchier c.s. onder meer gepubliceerd in Science 2006, vol 312:399, Nature 2006, vol 440:741-742, Science 2006, vol 312:384-388, Nature 2006, vol 442:37, Journal of Infectious Diseases 2007, vol 96:258-265, en PloS Pathogens 2007, vol e61. Bovendien zijn een tweetal octrooien aangevraagd (Journal of General Virology 2007, vol 88:1281-1287, Vaccine 2006, vol 24:6647-6650) voor toepassingen in o.a. de productie van griepvaccins.
54
55
Pieternel Levelt Vingerafdrukken van de atmosfeer – KNMI
56
Pieternel Levelt (1964) studeerde scheikunde aan de Vrije Universiteit in Amsterdam, waar zij ook promoveerde in de natuurkunde op een onderwerp uit de niet-lineaire optica en spectroscopie. In 1993 kwam ze bij het KNMI, waar ze sinds 1998 de leiding heeft van de OMI-groep, als hoofdonderzoeker van het NederlandsFinse Ozone Monitoring Instrument (OMI). De groep is onderdeel van de afdeling Aardobservatie Klimaat van het KNMI, een internationaal vooraanstaand kenniscentrum voor satellietwaarnemingen en informatie over de samenstelling van de atmosfeer in verband met klimaat en luchtkwaliteit, en de natuurlijke en door de mens veroorzaakte veranderingen daarin. Tevens is ze deeltijdhoogleraar Satellietwaarnemingen van de Atmosfeer aan de Faculteit Technische Natuurkunde van de Technische Universiteit Eindhoven.
Pieternel is getrouwd en heeft twee kinderen van zes en negen jaar. Ze doet in haar vrije tijd veel aan sport, in het bijzonder triathlon.
57
KNMI
Vingerafdrukken van de atmosfeer Overal waar we zijn worden we omhuld door de atmosfeer, en toch kunnen we die maar heel slecht zien. Pas als het goed mis is, toont de atmosfeer soms zijn aanwezigheid. Dat gebeurde bijvoorbeeld tijdens de smogramp van december 1952 in Londen, toen de dampen van miljoenen kachels en motoren zo dicht hingen, dat men soms de overkant van de straat niet meer zag. Gewoonlijk maken verstoringen van de atmosfeer zich sluipender kenbaar. 58
Fijnstof leidt tot allerlei ademhalingsziekten, een overmaat aan ultraviolette straling doet mensen onverhoeds verbranden, verhoogde concentraties broeikasgassen veranderen het klimaat. In 2004 gelastte de Raad van State bijvoorbeeld het stilleggen van heel veel bouwprojecten vanwege aantasting van de luchtkwaliteit. De beschadiging van de ozonlaag door cfk’s in de vorige eeuw leverde uv-stralingsgevaar op, en het IPCC-rapport
van februari 2007 concludeerde dat ook klimaatverandering voor negentig procent zeker een gevolg is van activiteiten van de mens. Dat laatste deed de Europese regeringsleiders in maart 2007 verregaande milieumaatregelen nemen.
Wereldschaal
Hoewel een van de grote veroorzakers van de smog van 1952, zwaveldioxide door het stoken van brandkachels, in Europa min of meer is uitgebannen, zijn de problemen er alleen maar grootschaliger op geworden. Nu bedreigen bijvoorbeeld fijnstof (aerosolen), troposferisch ozon en stikstofdioxide zowel onze gezondheid als onze leefomgeving. Opkomende economieën, zoals China, doen wereldwijd
hun invloed gelden. Luchtstromingen transporteren wat in de Verenigde Staten de lucht ingaat naar Europa, Chinese vervuiling steekt de oceaan over naar de Verenigde Staten. Er is dus alles aan gelegen om te weten wat er in de atmosfeer zit, waar het zit en hoe het getransporteerd wordt. Op het KNMI werkt onder leiding van Pieternel Levelt al sinds 1998 een groep van gemiddeld twintig onderzoekers aan en met het NederlandFinse Ozon Monitoring Instrument, kortweg OMI. OMI is een meetinstrument met unieke eigenschappen, dat vanuit de ruimte kan meten hoe bepaalde aspecten van de atmosfeer erbij staan. Nadat OMI in juli 2004 als meetinstrument op de EOS-Aura satelliet van NASA gelanceerd werd, 59
OMI vlak voor montage op de satelliet. (Bron: TNO)
bleek het ook in de praktijk uitstekend te voldoen. Het KNMI leidt de onderzoekskant van het door de overheid gefinancierde project, waar ook Dutch Space en TNO aan deelnemen, terwijl het NIVR als hoofdleider fungeert.
OMI kan geen stofdeeltjes of moleculen zien, maar meet alleen het door de atmosfeer gereflecteerde zonlicht. Doordat elk gas en elke aerosol op zijn eigen karakteristieke wijze delen van het zonlichtspectrum absorbeert, bevat het gereflecteerde beeld de vingerafdrukken van al wat zich ter plekke in de lucht bevindt, bijvoorbeeld ozon. OMI’s eerste belangrijke wetenschappelijke toepassing was de ononderbroken voortzetting van de dertig jaar lange meetreeks van de ozonlaag, die tot dan met het NASA-satellietinstrument TOMS werd bijgehouden. Zulke lange reeksen zijn noodzakelijk om het klimaat in de gaten te houden en te doorgronden, en om de effecten
Vingerafdruk
Het geheim van OMI is een tweedimensionale detector zoals in digitale fototoestellen zit, maar dan zo gevoelig dat hij in een keer een groot gebied kan bemeten in ongekend detail. OMI bestrijkt dagelijks de hele aarde en kan met zijn ruimtelijke resolutie van 13 bij 24 kilometer het verschil in luchtvervuiling tussen een stad en het omliggende gebied zichtbaar maken. Ook kan OMI dankzij die hoge resolutie tussen wolken door meten, waardoor het instrument veel vaker dan andere de troposfeer meet. En juist in deze onderste atmosferische laag vinden de grootste veranderingen door menselijk handelen plaats. 60
De ontwikkeling van het Antarctische gat in de ozonlaag vanaf 1979. De laatste twee metingen zijn van OMI. (Bron: http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov)
van milieumaatregelen te controleren. In het geval van de ozonlaag lijkt de in het Montreal Protocol afgesproken uitbanning van de schadelijke
cfk’s inderdaad succes te hebben: zoals de pers onlangs meldde, worden in de komende jaren de eerste tekenen verwacht van herstel van de ozonlaag.
Klimaatonderzoek
Toch staan we met langlopende, wereldomspannende meetreeksen over de chemie van de atmosfeer pas aan het begin. De ozonlaagregistratie is de langstlopende reeks die er is. Globale dekking is in alle gevallen van groot belang voor het beschrijven en begrijpen van veranderingen in het klimaat, omdat die zich ook op wereldschaal afspelen. Satellietinstrumenten zijn dus bij uitstek geschikt, en OMI betekent dan ook een forse stap vooruit. Behalve ozon meet OMI namelijk ook bronnen en putten van sporengassen en verschillende soorten aerosolen, bijvoorbeeld woestijnstof, die zowel de temperatuur op aarde als de luchtkwaliteit beïnvloeden. Verder meet OMI ook stikstofdioxide (NO2). Met OMI kan voor het eerst de verdeling van NO2 dagelijks wereldwijd in kaart gebracht worden. Eerdere instrumenten leverden alleen maandelijkse gemiddelden. Die verfijning is belangrijk omdat de uitstoot van dit giftige gas, dat via chemische reacties ook bijdraagt aan de vorming van broeikasgassen als troposferisch ozon, snel en flink schommelt. Zestig procent van de totale uitstoot in Nederland is afkomstig van autoverkeer,
Aerosolen in de atmosfeer. Boven de Sahara woedt een stofstorm, in Canada en centraal Afrika woeden grote bosbranden en stofwolken waaien over de Atlantische oceaan. (Bron:Torres, NASA GSFC and Veefkind, KNMI)
waardoor bijvoorbeeld een weekenddip optreedt. Troposferisch ozon, tenslotte, is een belangrijke vervuiler met invloed op de stralingsbalans, en dus op het
Veel zon en weinig wind zorgde in april 2007 voor hoge concentraties NO2. Op zondag (rechtsonder) is er minder verkeer en zakt het NO2peil meteen flink. (Bron: Veefkind, KNMI)
61
klimaat. Doordat negentig procent van al het ozon in de atmosfeer in de hogere luchtlagen zit, is het troposferisch ozon daaronder vanuit de ruimte moeilijk meetbaar. Met OMI testen we verschillende manieren om dat toch mogelijk te maken Het succes van OMI heeft het KNMI een leidende positie bezorgd bij diverse nieuwe satellietprojecten in samenwerking met allerlei andere partijen in binnen- en buitenland binnen het kader van ESA, EUMETSAT en NASA. Die projecten hebben tot doel om de troposfeer nog beter in kaart te brengen dan nu mogelijk is, om zo de langjarige meetreeks die nodig is voor het klimaatonderzoek uit te bouwen en te verfijnen. Meer over het onderzoek van Pieternel Levelt is onder andere te vinden in een speciale uitgave van het tijdschrift IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 44/5 verschenen in mei 2006.
62
63
Aurel Ymeti Streepjescode verraadt virusbesmetting – Universiteit twente
64
Aurel Ymeti (1972) studeerde natuurkunde aan de Universiteit Tirana in Tirana, Albanië. Na zijn afstuderen werkte hij een jaar als docent aan de Polytechnische Universiteit van Tirana. Vervolgens vertrok hij naar Duitsland, om aan de universiteit in Siegen een internationaal programma voor hogeenergiefysica te volgen. In 2004 promoveerde hij aan de Universiteit Twente bij de leerstoel Biophysical Engineering op de ontwikkeling van een meerkanaals geïntegreerde Young interferometer sensor, die geschikt kan zijn als virusdetector. Sindsdien werkt hij als postdoc bij dezelfde groep aan het ontwikkelen van een manier om in gebieden met gebrekkige medische voorzieningen, zoals in Afrika, te kunnen bepalen in welk stadium met HIV/ AIDS besmette mensen verkeren, en de effectiviteit van hun medicatie te kunnen meten. Daarnaast is hij bezig om samen met collega’s van Biophysical Engineering
en MESA+ International Ventures, een onderdeel van de Universiteit Twente op het gebied van nanotechnologie, een spin-off bedrijf op te richten dat uiteindelijk tot de productie van de hier besproken virusdector moet leiden. Aurel woont met zijn vrouw Alma in Enschede en houdt van kunst, muziek, sport, fietsen en wandelen in de natuur.
65
Universiteit Twente
Streepjescode verraadt virusbesmetting Zeg H5N1, en overal klappen de deuren en hekken van pluimvee bedrijven dicht om het gevogelte van elkaar en van de mens te isoleren. Fluister SARS, en de kranten staan vol van verhalen over vliegvelden als besmettingshaard en mensen die in quarantaine gaan. Als er iets is waar we in deze overvolle, druk communicerende wereld bang voor zijn, is het wel een pandemie. Een onbeheersbare, wereldwijde uitbraak van een 66
levensbedreigende virale infectieziekte. Als er iets is waaraan behoefte is om zo’n ramp te helpen voorkomen, is het wel een goedkoop en eenvoudig te hanteren middel waarmee we overal waar nodig besmette mensen snel kunnen opsporen. De bestaande en in ontwikkeling zijnde middelen voor virusdetectie zijn ofwel te ingewikkeld, te duur en te arbeidsintensief, zoals Polymerase Chain Reaction (PCR) en bDNA, de branched-chain DNA-
test, of het schort nog aan gevoeligheid en snelheid.
Vliegveld
De optische chip die Aurel Ymeti ontwikkelde aan de Technische Universiteit Twente is wel een veelbelovende basis voor zo’n instrument. Met deze chip als hart kan een instrument gebouwd worden, dat binnen een paar minuten laat zien of iemand met een bepaald virus besmet is of niet. Daar is niet meer voor nodig dan een eenvoudig te verkrijgen bloed- of speekselmonster. Zo’n instrumentje kan klein en licht genoeg zijn om overal ingezet te worden wanneer er van een virusuitbraak sprake is. Bij de huisarts, maar zonodig ook aan de gate op een vliegveld, in haventerminals of in mo-
biele posten. Maar niet alleen bij dreigende epidemieën heeft zo’n handheld instrumentje nut. Een mogelijk heel belangrijk toepassingsgebied ligt in de derde wereld, waar de bestrijding van allerlei infectieziekten vaak moet geschieden in uitgestrekte gebieden waar nauwelijks medische voorzieningen voorhanden zijn. De sensor-chip is vijf centimeter lang en slechts een centimeter breed. Daarmee is hij kleiner dan een alledaagse USB-stick. Hij werkt op laserlicht, dat een patroon van lichte en donkere balkjes veroorzaakt, een soort streepjescode, wanneer een op de chip gebracht monster belicht wordt. Dat patroon verraadt of er al dan niet bepaalde virussen in het monster zitten, en ook hoeveel virusdeeltjes het 67
monster bevat. De sensor is inmiddels getest met het Herpes Simplex virus (HSV-1). Bij virusdetectie in buffer zowel als in serum bleek de chip voldoende gevoelig om virusconcentraties op te sporen die overeenkomen met de klinische classificaties very low tot very high. Hij is zelfs zo gevoelig gebleken, dat een enkel virusdeeltje al genoeg is voor een leesbaar resultaat. Daarmee doet de chip niet onder voor de detectiemethoden die nu in laboratoria worden gebruikt.
Kanaaltjes
De chip zelf bestaat uit een plaatje waarin een soort rivierdelta van kanaal-
tjes is geëtst. Bovenstrooms is er maar een kanaal, waardoor laserlicht naar binnen stroomt. Op de chip vertakt het inkomende kanaal zich in vieren, zodat het licht er aan de andere kant op vier punten uitkomt. In een van de vier takken gebeurt er verder niets. Die tak dient als referentiekanaal, dat laat zien dat het instrument werkt en als nulmeting dienst doet. De andere drie kanaaltjes zijn elk geprepareerd met voor een bepaald virus specifieke antilichamen, moleculen waar een bepaald virus precies op past en waar dat virus zich dan ook graag aan hecht. Als het juiste virus voor een van de drie antilichamen aanwezig is in een monster
Laserlicht dat van links de chip binnenstroomt, verlaat rechts al dan niet gehinderd door een virusdeeltje de chip. Het resulterende balkjespatroon op de camerachip, de streepjescode, verraadt de aan- of afwezigheid van elk van de drie virussen waarvoor de chip is geprepareerd.
68
dat op de chip gesmeerd wordt, dan zal het zich aan dat antilichaam hechten, en daarmee de lichtstroom verstoren door het kanaaltje waarin het antilichaam zit. Virusdeeltjes hebben namelijk een hogere brekingsindex dan de omgeving waarin ze zich bevinden. Daardoor verschuiven ze de fase van het langsstromende licht. Het is het verschijnsel dat we zien als we een stok in het water steken. Op de waterspiegel lijkt de stok te knakken of te breken, omdat de brekingsindex van water verschilt van die van lucht. Aan het eind, waar het licht uit alle vier de kanaaltjes weer vrij door elkaar speelt, ontstaan door de faseverschuivingen die in de chip zijn opgetreden interferentiepatronen van elkaar versterkend en elkaar uitdovend licht, als kringen in het water van een vijver waarin je een handvol steentjes gooit.
Commercieel prototype
Aan de uitstroomzijde van de chip zit een lens, om het licht te bundelen en zo te focussen dat er een scherp beeld ontstaat op het laatste onderdeel van het meetinstrument, een CCD-camerachip. Die chip vervult de functie van de film in een klassiek fototoestel: hij legt de interferentiepatronen vast zoals die ontstaan in het licht dat uit de vier kanaaltjes stroomt. Het resultaat is een band van lichte en donkere balkjes, een soort streepjescode die anders is als er zich virusdeeltjes aan een van
de antilichamen erin gehecht hebben dan wanneer dat niet zo is. Doordat de kanaaltjes op de chip op onderling verschillende afstanden liggen, is uit de streepjescode ook op te maken in welk van de drie geprepareerde kanaaltjes eventuele virusdeeltjes zitten. Met dit instrument kunnen mensen binnen enkele minuten op drie virustypen tegelijk gescreend worden. Bloed- of speekselmonsters hoeven niet of nauwelijks te worden voorbewerkt, wat heel belangrijk is voor gebruik ‘in het wild’. Door de met antilichamen geprepareerde chip te verwisselen kan het instrument alle mogelijke tritsen van virustypen opsporen, en ook dat verwisselen gaat eenvoudig in zijn werk. Inmiddels zijn contacten gelegd met diverse ondernemingen in binnen- en buitenland met het doel te komen tot de ontwikkeling van een commercieel prototype. Over het onderzoek is in 2007 gepubliceerd in A. Ymeti et al. Ultrasensitive virus Detection Using a Young Interferometer Sensor, Nano Lett. 7/2, pagina 394 tot 397.
69
70
71
72
