WAAR WIJ TROTS OP ZIJN - Faculteit der Wiskunde en ...

WAAR WIJ TROTS OP ZIJN
D E O N T D E K K I N G E N VA N 2 0 0 7
Faculteit der Wiskunde & Natuurwetenschappen

I N H O U D
Inleiding Een faculteit om te ontdekken 4
Onderscheidingen, prijzen en subsidies 5
Joost Broekens Gesimuleerde muizen problemen laten oplossen 8
Anna Diller Scheef aminozuur blijkt geheim van de fotosynthese 12
Arno Hazekamp Cannabis als medicijn 16
Hermen Jan Hupkes De lol van het dichttimmeren 20
Mariska Kriek Postnatale sterrenstelsels 24
Niels Raes Verspreiding in kaart gebracht met statistiek 28
Merlijn van Spengen Microversterker voor ruige omstandigheden 32
Ashraf Yassen Ideale pijnstiller gemodelleerd 36
English summeries 40
Suggesties Voor onder de kerstboom 42
Colofon 43

Joost Broekens
Leiden Institute of Advanced
Computer Science
Arno Hazekamp
Instituut Biologie Leiden
Mariska Kriek
Sterrewacht Leiden
Merlijn van Spengen
Leids Instituut voor Onderzoek
in de Natuurkunde
Anna Diller
Leids Instituut voor Chemie
Hermen Jan Hupkes
Mathematisch Instituut
E E N F A C U LT E I T O M T E O N T D E K K E N
Niels Raes
Nationaal Herbarium Nederland
Ashraf Yassen
Leiden/Amsterdam Center for
Drug Research

4
De Faculteit der Wiskunde en Natuurwetenschappen aan de
Universiteit Leiden wil excelleren in het onderzoek en onderwijs
van onze disciplines: wiskunde, informatica, natuur- en sterrenkunde,
scheikunde, biologie en bio-farmaceutische wetenschappen.
Multiplicinaire samenwerking streven wij na op het gebied van
Bio-Science onder het motto Life meets Science, het overkoepelende
thema van onze faculteit. Op dit gebied werken we nauw samen met
het LUMC en de TU Delft.
Multidisciplinaire samenwerking vindt ook plaats in de regio met
de bedrijven in het Bio-Science Park en met Naturalis; in nationaal
verband zoals in het Lorentz Center, NOVA, LOFAR, NHN, DIA-
MANT, NDNS, Cytron, het Top Instituut Pharma, de Smartmix
projecten: Nano Imaging en Biomedical Research Tools en de NGI
initiatieven: het National Center for Metabolomics (NCM) en het
Netherlands Center for Toxicologie (NCT); en internationaal in
meerdere EU-projecten. Met een excellente onderzoeksomgeving,
in een faculteitsbrede Graduate School of Science, trachten we
toptalent uit binnen- en buitenland naar Leiden te trekken.
Onze criteria bij de keuze van wetenschappelijk onderzoek zijn:
wetenschappelijke `impact’, technologische innovatie en maatschappelijke
relevantie.
EEN FACULTEIT OM TE
ONTDEKKEN
Intensieve samenwerking met het middelbaar onderwijs in de
regio moet de studenteninstroom op bachelor-niveau verder doen
groeien. Een ambitieus internationaliseringsplan moet meer master-
en PhD-studenten naar Leiden trekken. Studeren in een onderzoeksomgeving
moet leiden tot het vergroten van ons rendement,
en de academische vorming zal onze afstudeerders helpen bij hun
verdere carrière.
Uitvoering van het `tenure-track’ beleid is de eerste prioriteit in
ons personeelsbeleid. De aanstaande unilocatie voor onze biologen
is essentieel voor het realiseren van onze ambities in Bio-Science.
We blijven streven naar excellente technische, onderwijskundige en
bestuurlijke faciliteiten. Professionele bedrijfsvoering moet ervoor
zorgen dat we ook financieel gezond blijven.
Bovenstaande is een korte samenvatting van de strategie van onze
faculteit die het beleid in de komende jaren zal bepalen. We zijn trots
op Frans Saris die tijdens zijn periode als decaan van onze faculteit
een enorme bijdrage heeft geleverd aan de successen die het mogelijk
maken om de strategie van onze faculteit zo krachtig te formuleren.
We zijn ook trots op de lange lijst met onderscheidingen en prijzen
die in 2007 invulling aan onze strategie geven.

BIJZONDERE ONDERSCHEIDINGEN
EN PRIJZEN
• Tim de Zeeuw, wetenschappelijk directeur van de Sterrewacht
Leiden, heeft op 8 juni 2007 van de University of Chicago een
eredoctoraat in de natuurwetenschappen ontvangen.
• Hendrik Lenstra (MI) werd benoemd tot Akademiehoogleraar
Tevens was hij een van de hoogleraren op Lowlands University.
• Joost Frenken (LION) ontving de prestigieuze Jacob Kistemaker
prijs van de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie
(FOM).
• Ewine van Dishoeck ontving de R.M. Petrie Lecture award van
de Canadian Astronomical Society
• Frans Saris, decaan van de Faculteit der Wiskunde en de Natuurwetenschappen,
is bij zijn afscheid benoemd tot Ridder in de Orde
van de Nederlandse Leeuw.
• De Linnean Society van London heeft aan Jan van Os (Nationaal
Herbarium Nederland - Leiden) de prestigieuze Jill Smythies prijs
toegekend voor zijn botanische illustraties van flora’s en wetenschappelijke
artikelen.
• Carla Teune, voormalig hortulana van de Leidse Hortus Botanicus
is benoemd tot Ridder in de Orde van Oranje-Nassau.
• Tijdens het congres van de Phytochemical Society of Europe
(PSE) in april in Cambridge, heeft Rob Verpoorte (IBL) de
PSE-medaille uitgereikt gekregen.
• De European College of Neuro-Psychopharmacology (ECNP)
heeft de ECNP Neuro-psychopharmacology Award 2007
toegekend aan Ron de Kloet (LACDR).
• Aan Ad IJzerman (LACDR) is de Utrecht Pharmaceutcial
Research Award 2007 toegekend.
• Hans Jünginger, voormalig hoofd van de vakgroep Farmaceutische
Technologie van het LACDR, heeft de PSWC Research Achievement
Award op het Pharmaceutical Sciences World Congress (PSWC2007)
ontvangen.
• Ilze Bot van de sectie Biofarmacie van het Leiden/Amsterdam
Center for Drug Research (LACDR) heeft tijdens het tweede
symposium over Biomechanics in Cardiovascular Disease:
Shear Stress in Vascular Biology de Young Investigator Award
voor de beste mondelinge presentatie gewonnen.
• Wiskundemeisjes.nl, de weblog van de Leidse wiskunde-promovendi
Jeanine Daems en Ionica Smeets, viel twee keer in de prijzen
bij de uitreiking van de Dutch Bloggies, prijzen voor de beste
Nederlandse weblogs.
• Biologen Mike Richardson en Freek Vonk drongen met hun
team door tot de finaleronde van de Academische jaarprijs 2007.
• Ann-Marie Madigan (Sterrewacht) won een TopTalent subsidie
van NWO voor een promotieonderzoek naar “Stellar & Gas
Dynamics Near Super-Massive Black Holes”.
• Jasper Lukkezen, Jan van Ostaay, Eric Siero en Jelle Brill (allen lid
van de studievereniging Leidsche Flesch) wonnen PION (het Project
Interuniversitaire Olympiade Natuurkunde). Ook de tweede
5

6
plaats was voor een Leidsch team: Feynman’s Entangled Bitches,
bestaande uit Rogier van der Geer, Michiel Kosters, Ariyan Javanpeykar
en Marcel van Daalen.
• Het Leidse team ‘Aleph-4’, bestaande uit Joost Michielsen,
Birgit van Dalen, Joost Weimar en Michiel Kosters winnen LIMO
(de Landelijke Interuniversitaire Mathematische Olympiade).
Ook de derde plaats was voor Leiden - Team ‘V-4’, bestaande
uit vier eerstejaars studenten.
• Een team van drie Flesschers, bestaande uit Thomas Beuman,
Johan de Ruiter en Misha Stassen heeft het BAPC 2007
(de Benelux Algorithm Programming Contest) gewonnen.
• Aartjan Te Velthuis, in maart cum laude afgestudeerd bij de
opleiding Biologie, ontving de Unilever research prijs.
SUBSIDIES
• Michael Richardson, hoogleraar ontwikkelingsbiologie, was
hoofdaanvrager voor het project “A new generation of efficient
biomedical research tools”, dat in 2007 14 miljoen heeft gekregen
uit het Smart Mix fonds.
• Ook grensvlakfysicus Joost Frenken ontving, samen met Delfste
collega’s een even zo omvangrijke Smart Mix subsidie voor het
project “Nano Imaging under Industrial Conditions” (NIMIC).
• Thomas Hankemeier, hoogleraar analytische biowetenschappen
(LACDR), is de landelijke coördinator van het onlangs door
het Nationaal Regieorgaan Genomics gehonoreerde voorstel om
samen met wetenschappelijke partners en industrie te komen
tot een Nationaal Center voor Metabolomics (NMC).
• Daarnaast is de faculteit betrokken bij drie andere NGI
initiatieven die opnieuw subsidie ontvingen: het Kluyver
Center, het Center for Medical System Biology (CMSB) en
het Netherlands Toxiconomics Center (NGI).
MOZAIEK
• Amar Ghisaidoobe (LIC) kreeg een MOZAIEK subsidie voor
onderzoek naar “Synthese van DNA fragmenten”.
TOPTALENT
• Ann Marie Madigan (Sterrewacht) kreeg een TOPTALENT
subsidie voor onderzoek naar “Stellar & Gas Dynamics Near
Super-Massive Black Holes”.
VENI
• Bertus Beaumont IBL) ontving van NWO een VENI subsidie
voor het project “Darwins wetboek ontcijferen”.
• Jante Salverda (LION) ontving van NWO een VENI subsidie
voor het project “Meten aan één redoxeiwit”.
• Louis de Smet (LION) ontving van NWO een VENI subsidie
voor het project “Vissen naar een biopolymeer”.
VIDI
• Alex Yanson, (LIC), ontving een VIDI subsidie voor het project
“Inzoomen op actieve plekken op een katalytisch oppervlak”.
Benoemingen
• Dirk Bouwmeester werd benoemd tot hoogleraar
“Kwantumoptica en kwantuminformatie”.
• Rietje van Dam werd benoemd tot hoogleraar
“Duurzame ontwikkeling en onderwijsvernieuwing”.
• Maarten de Jong werd benoemd tot bijzonder hoogleraar
“Experimentele Astrodeeltjesfysica” vanwege het Leids
Universiteits Fonds.
• Frans van Lunteren werd benoemd tot hoogleraar “Geschiedenis
van de natuurwetenschappen” vanwege Teylers Stichting.
• Tim de Zeeuw benoemd tot Lid Koninklijke Hollandse
Maatschappij der Wetenschappen.
• Tim de Zeeuw benoemd tot directeur-generaal van de
internationale sterrenkunde-organisatie ESO.
• Koen Kuijken werd benoemd tot Wetenschappelijk directeur
van de Sterrewacht.
• Thomas Baeck werd benoemd tot Opleidingsdirecteur Informatica.
• Sjoerd Verduyn Lunel werd benoemd tot decaan van de faculteit.
• Peter Stevenhagen werd benoemd tot Wetenschappelijk directeur
van het Mathematisch Instituut.
• Johan Kuiper werd benoemd tot Opleidingsdirecteur
Biofarmaceutische Wetenschapen.
• Bas Edixhoven werd benoemd tot Opleidingsdirecteur Wiskunde.
Voorgedragen docenten voor de Facultaire Onderwijsprijs 2007:
Gregg Siegal (LST), Guido Bloemberg (IBL), Gijs van der Marel
(MST), Thomas Baeck (Informatica), Dan Stinebring (Sterrenkunde),
Matthieu Noteborn (BFW), Edgar Blokhuis (Scheikunde),
Lodewijk Kallenberg (Wiskunde).

Daar komen nog acht prijswinnaars bij, want wij hebben de
weten schappelijke directeuren van onze instituten gevraagd
om de ontdekkingen van 2007 aan te melden. Interviews met
de ontdekkers staan in dit boekje en op de website:
www.science.leidenuniv.nl/ontdekkervanhetjaar
Op deze webside kunt u uw stem uitbrengen op de degene die
volgens u de Ontdekker van het Jaar 2007 is. Daarnaast is er een
wetenschappelijke jury die ook een Ontdekker van het Jaar kiest.
De publiekswinnaar en de juryprijswinnaar krijgen op 7 januari
2008, tijdens de nieuwjaarsreceptie in de hal van het Gorlaeus,
de C.J. Kokprijs uitgereikt.
We wensen u veel leesplezier.
Het bestuur van de Faculteit der Wiskunde en Natuurwetenschappen,
Jörn Venderbos
Gert Jan van Helden
Jan Kijne
Sjoerd Verduyn Lunel
Faculteit der Wiskunde & Natuurwetenschappen
7

8
Joost Broekens met een elektromechanisch hoofd dat op een beperkte maar effectieve manier de emoties van de gesimuleerde muis kan weergeven.
Voelt de muis zich slecht, dan kijkt het houten gezicht droevig, voelt hij zich goed dan kijkt het blij. Op die manier doorziet de computergebruiker
veel sneller hoe de muis zich voelt dan wanneer hij op het scherm getallen moet afl ezen.
Joost Broekens (31) is vier en een half jaar in dienst geweest bij het LIACS (Leiden Institute of Advanced Computer Science) en werkt
sinds kort als onderzoeker aan het Telematica Instituut in Enschede. Op het moment van schrijven is hij bijna gepromoveerd: 18 december
was het moment suprème. In verband met die promotie doet hij onderzoek naar de invloed van emoties op leerprocessen, met name door
middel van computermodellen waarin bepaalde vormen van kunstmatige intelligentie worden toegepast.

JOOST BROEKENS LEIDEN INSTITUTE OF ADVANCED COMPUTER SCIENCE (LIACS)
GESIMULEERDE MUIZEN
PROBLEMEN LATEN OPLOSSEN
Wat hebben emoties met leerprocessen te maken? Na zo’n vier jaar
onderzoek hoeft Joost Broekens daar niet zo lang meer over na te
denken: “Als je in een positieve stemming bent, denk je anders dan
als je in een negatieve stemming bent. In een positieve stemming
denk je meer aan positieve dingen. Bovendien ben je dan creatiever
en neem je dingen makkelijker aan, terwijl je kritischer bent in een
negatieve stemming. Daarnaast heeft hersenonderzoek uitgewezen
dat rationele beslissingen minder effectief zijn als het gedeelte van
de hersenen waar emotie zetelt beschadigd is. Kortom, emoties
bevorderen het denk- en leerproces.”
De computermodellen die Broekens heeft ontwikkeld op het grensvlak
van psychologie en computerwetenschap, hebben te maken met
reinforment learning: “Het is zoiets als opvoeden, maar dan digitaal.
Je wordt beloond als je het goed doet en je krijgt straf als je het fout
doet.” Die modellen werken met een gesimuleerde muis, een stukje
kunstmatige intelligentie dat oplossingen voor problemen ontdekt
zonder menselijke inmenging.
De muis moet voedsel zoeken in een doolhof. Vindt hij voedsel, dan
werkt dat als een beloning: hij krijgt extra energie, onthoudt waar het
eten zich bevindt en probeert de volgende keer de stappen om bij het
voedsel te komen te herhalen. Gedurende een langere periode geen
eten vinden, of steeds tegen een muurtje aanlopen of iets dergelijks,
staat bij die muis gelijk aan straf. Bestraft gedrag wordt niet herhaald.
Reinforment learning rust op drie pijlers: exploratie, herhaling en
beloning. Daarbij moet de verhouding tussen die drie variabelen
precies goed zijn. Met een te kleine beloning, of een te lange weg
naar die beloning, werkt reinforcement learning niet goed. Broekens
vergelijkt het gedrag van de gesimuleerde muis met als je in een
nieuwe stad gaat wonen: “Op de eerste dag in je nieuwe huis krijg
je honger, maar je weet nog niet de weg in de stad. Je gaat dus maar
een beetje dwalen, tot je een supermarkt vindt. De eerste paar keer
haal je daar je boodschappen, maar ondertussen blijf je exploreren,
tot je òf een dichterbij gelegen supermarkt vindt, òf een betere, òf
een goedkopere, afhankelijk van wat je wensen zijn. Uiteindelijk
leer je hierdoor de kortste weg naar de beste supermarkt. Zo werkt
reinforcement learning ook.”
Emotiegestuurd exploreren
Het emotiemodel van de gesimuleerde muis stuurt de afweging
tussen exploratie en herhaling, en werkt met slechts twee variabelen:
goed en slecht. Goed betekent dat het beter gaat dan wat hij gewend
is, slecht dat het slechter gaat dan wat hij gewend is. Vindt hij bijvoorbeeld
lang achtereen geen voedsel, dan gaat zijn welbehagen
achteruit en gaat hij actiever exploreren. Vindt hij daarentegen
wel tijdig eten dan gaat hij dank zij een groter welbehagen juist
exploiteren, dit wil zeggen de geleerde stappen herhalen en dus
9

10
JOOST BROEKENS
beter benutten wat hij al weet.
Maar Broekens heeft nòg een reden om op deze manier emotie
te koppelen aan exploratie: “Als ik een plotselinge verandering in
de wereld van de gesimuleerde muis aanbreng, zoals het voedsel
verplaatsen of de paden veranderen, dan zit mijn muis niet met zijn
handen in het haar: hij begint gewoon weer met exploreren tot hij
de nieuwe voedselbergplaatsen gevonden heeft.” Maar is dit model
niet veel simpeler dan de werkelijkheid? “Natuurlijk,” antwoordt
Broekens, “maar als je teveel variabelen hebt, kun je niets zinnigs
uit je onderzoek afleiden. Je moet met een paar variabelen beginnen
en van daar uit verder uitbouwen.”
Elektromechanisch hoofd
In de hierboven beschreven voorbeelden werkt de muis zelfstandig:
zonder hulp van degene die achter de computer zit. Een dalend muizenwelbevinden
leidt tot toenemende exploratie, een toenemende exploratie
hopelijk tot een beloning in de vorm van voedsel. Dat is alles.
Maar hoe zou het de muis vergaan als de computergebruiker hem
helpt? Maakt menselijke feedback hem slimmer? Om dat te onderzoeken,
heeft Joost Broekens samen met Pascal Haazebroek en elf
studenten een model ontwikkeld. Allereerst hebben ze een elektromechanisch
hoofd gebouwd dat op een beperkte maar effectieve
manier de emoties van de gesimuleerde muis kan weergeven.
Voelt de muis zich slecht, dan kijkt het houten gezicht droevig,
voelt hij zich goed dan kijkt het blij. Op die manier doorziet de
computergebruiker veel sneller hoe de muis zich voelt dan wanneer
hij op het scherm getallen moet aflezen.
Feedback richting muis gebeurt op een vergelijkbare manier: een
digitale camera leest de wisselende gezichtsuitdrukkingen van de
computergebruiker, die vervolgens de muis stimuleren om zijn
prestaties te verbeteren. Kijkt de computergebruiker blij, dan weet
de muis dat hij op de goede weg is en gaat hij door waar hij mee
bezig is. Kijkt de computergebruiker daarentegen boos dan weet
de muis dat hij fout zit en gaat hij iets anders proberen.
Maar ook hier staat of valt het succes met een goede afregeling
van de variabelen. Broekens: “De manier waarop de muis leert is
belangrijk. Leert hij te langzaam, dan is de lach van de computer-
gebruiker al voorbij voordat de muis heeft begrepen dat er sprake
was van een positieve stimulans. Maar leert hij te snel, dan verandert
de menselijke gezichtsuitdrukking voor hem juist te langzaam om er
informatie uit te kunnen halen. Ook is het effect afhankelijk van de
sterkte van de emotionele stimulans. Een sterkere stimulans kan het
leren versnellen, maar kan het ook makkelijker verstoren. Dat kan
bijvoorbeeld als de computergebruiker per ongeluk boos kijkt tegen
de muis terwijl die wel netjes naar het voedsel loopt. Een simpel
experiment als dit laat dus al zien dat leerprocessen alleen binnen
zekere grenzen effectief zijn.”
Het uiteindelijke doel van Broekens’ experimenten is om te kijken
of dit soort emotioneel tweerichtingsverkeer de menselijke interactie
met software, of met robots, natuurlijker en dus gemakkelijker
maakt. Affective computing is de vakterm hiervoor.
Lerende televisies en stofzuigers
Denk voor een praktische toepassing aan een televisie die aan de
hand van emoties in de ruimte leert welke programma’s leuk zijn
voor welk lid van het gezin. Broekens: “De televisie kan dan leren
wie wat leuk vindt en op basis van persoonlijke voorkeur programma’s
voorstellen, of reclame natuurlijk. Met dit soort onderzoek
zijn we nu bij het Telematica Instituut bezig.”
Een ander voorbeeld is een stofzuiger die zelfstandig, dus zonder
actieve menselijke bediening, het huis schoon kan houden. Tijdens
de initiële instructieperiode wil je je schoonmaakrobot niet honderd
keer hoeven te vertellen wat hij wel en niet moet doen, of wat wel
en niet gevaarlijk is. Dat moet de stofzuiger na slechts enkele instructies
doorhebben, anders wil geen mens hem kopen. Broekens:
“Bovendien zou het handig zijn als die stofzuiger voor verschillende
gebruikers verschillende manieren van stofzuigen kan aanleren.
Eentje voor mij (snel), en eentje voor mijn vriendin (grondig en
degelijk). Maar ja, eer dat zo’n routine praktisch gerealiseerd is,
ben je zo weer een paar jaar verder. Ik ben al blij dat ik überhaupt
experimenten heb kunnen ontwerpen die het interactieve leerproces
weer een stapje verder begrijpelijk maken.”
Rob Smit

12
Anna Diller (1977) is geboren in Lichtenfels, Duitsland. Zij studeerde biologie aan de Universiteit van Konstanz. In september 1999 kreeg
zij een beurs om een jaar te studeren aan de Oregon State University. Voor haar afstudeeronderzoek werkte zij aan H+-K+-ATPase in de
vakgroep van Membrane Biophysics van de Universiteit van Konstanz. Na haar afstuderen begon zij aan de Universiteit Leiden met haar
promotieonderzoek bij de Solid State NMR groep van het LIC. Dit deed zij bij Jörg Matysik in een project gefinancierd door de Volkswagen-
Stiftung. Op 18 september 2007 is zij gepromoveerd. Inmiddels werk zij als postdoc aan het Institut Européen de Chimie et Biologie,
CNRS-Université de Bordeaux, waar ze met behulp van NMR onderzoek doet aan membraansignaallipiden.

ANNA DILLER LEIDS INSTITUUT VOOR CHEMISCH ONDERZOEK (LIC)
SCHEEF AMINOZUUR BLIJKT GEHEIM
VAN DE FOTOSYNTHESE
“Om natuurlijke fotosystemen succesvol na te kunnen maken, is het
belangrijker dan ooit om de laatste raadsels van de fotosynthese
op te lossen en te begrijpen.” Zo luidt stelling 7 uit het proefschrift
van Anna Diller. In haar promotieonderzoek probeerde zij één van
die laatste raadsels op te lossen: hoe kan het dat het eiwitcomplex
fotosysteem II uit het fotosynthetisch systeem zo’n sterke oxidator
is dat het zelfs water kan splitsen.
Al voor aanvang van haar studie biologie aan de universiteit
van Konstanz wist Anna Diller wat ze wilde: biofysicus worden.
“De universiteit van Konstanz had een goed programma over
biofysica in de studie biologie opgenomen. Daarom ben ik dat
gaan studeren. Na mijn master’s wilde ik met biofysische technieken
membraaneiwitten bestuderen. Dat leek mij een enorme uitdaging.
Toen bleek dat er in Leiden een project kon worden uitgevoerd om
met een bijzondere techniek het eiwitcomplex fotosysteem II uit
de fotosynthese te gaan bestuderen, ben ik dat gaan doen.”
Over de fotosynthese zijn al veel details bekend. Eén belangrijke
vraag – misschien wel de belangrijkste – was nog niet beantwoord:
hoe kan het dat PSII zo’n sterke oxidator is dat het zelfs elektronen
uit water kan halen? Anna Diller zegt daarover: “Inderdaad, PSII is
de sterkste oxidator uit de levende natuur. In mijn onderzoek wilde
ik te weten komen hoe het die extreem hoge redoxpotentiaal voor
elkaar krijgt. PSII is een heel groot eiwitcomplex. Wij wilden op
atomaire schaal inzicht krijgen in de processen die in dat grote
eiwit plaatsvinden.”
De Solid State NMR-groep van het Leids Instituut voor Chemisch
onderzoek kon daarvoor een nieuwe techniek gebruiken: photo-
CIDNP MAS NMR. Bij deze variant van vastestof-NMR worden de
NMR-signalen van het chlorofyl specifiek versterkt, doordat de vrije
elektronen die ontstaan bij het opschijnen van licht de kernspins van
het chlorofyl uit evenwicht brengen. De intensiteit van de pieken in
het NMR-spectrum is dan gerelateerd aan de elektronspindichtheid
in het chlorofyl.
Spinazie
“Om de stikstofsignalen van het chlorofyl beter te kunnen
waarnemen, gebruikten we met stikstof-15 gelabelde spinazie.
Daarvoor hebben we in het lab onze eigen spinazie gekweekt in
isotoop-gelabeld medium”, glimlacht Anna Diller. “Dat vond iedereen
wel grappig.” Een van de leukste aspecten van het project vond
ze dat het zo multidisciplinair was: “Ik deed alles: van het kweken
van de spinazie tot de analyse van de spectra. Bovendien kon ik
daardoor met veel collega’s samenwerken. Er was veel intellectuele
input van veel verschillende mensen en dat was erg inspirerend.”
De resultaten mochten er wezen. “We zagen dat de elektronenspindichtheid
bij het chlorofyl van PSII heel anders is dan bij
13

14
ANNA DILLER
andere chlorofylen, zoals dat in PSI. We zagen ook een elektronensignaal
dat niet afkomstig was van het chlorofyl. Dat hebben we
toegeschreven aan een histidine-eenheid van PSII.” Een schijnbare
irrelevantie, maar niet voor de oplettende promovenda.
Histidine is een van de aminozuren waaruit eiwitketens zijn opgebouwd.
Die ene histidine-kraal in de eiwitketen lijkt een detail,
maar blijkt cruciaal voor het fotosyntheseproces. De aromatische
ring waaruit de zijketen van het aminozuur bestaat, staat een beetje
schuin op de ring van het chlorofyl. Dat maakt dat de elektronenwolken
van de twee aromatische ringen elkaar kunnen overlappen.
Volgens Diller wordt de elektronenzuigende werking van het
chlorofyl daardoor dusdanig versterkt dat het zelfs elektronen
uit water kan opnemen.
Biomimetische systemen
Het betrof uiteraard nog fundamenteel onderzoek, maar Diller denkt
dat haar vondst heel goed praktisch toepasbaar is, bijvoorbeeld om
organische moleculen te ontwerpen die fotosynthese kunnen nabootsen.
Daarmee zou je kunstmatige energiebronnen kunnen maken.
Nabootsen van natuurlijke processen heet ‘biomimicry’.
In stelling 9 van haar proefschrift zegt Anna Diller daarover:
“Biomimetische systemen missen biologische efficiëntie.” Daar komt
wellicht verandering in. De laatste raadsels van de belangrijkste
natuurlijke energiebron, de fotosynthese, lijken met dit werk immers
voor een flink deel opgehelderd.
Elisabeth Meulenbroek

Histidine (His198)
axiale positie
schuine positie
chlorofyl
FIGUUR A
De fotosynthese is het proces waarmee planten en fotosynthetische
bacteriën licht van de zon omzetten in
chemische energie. Bij planten begint de fotosynthese
bij het eiwitcomplex dat fotosysteem II wordt genoemd,
afgekort PSII. Chlorofyl maakt onderdeel uit van dat
complex. Door absorptie van een foton (‘lichtdeeltje’)
wordt een elektron uit een chlorofylmolecuul geschoten.
Dat elektron legt vervolgens een weg af door verschillende
eiwitten, die als gevolg daarvan protonen voor de
aanmaak van ATP gaan pompen. Het elektron vervolgt
zijn weg om tenslotte bij het eiwitcomplex fotosysteem I
(PSI) uit te komen. Ook dat bevat chlorofyl. Daar wordt
het, na absorptie van een tweede foton, overgedragen aan
NADP+. Vervolgens kunnen in de zogenoemde donkerreactie
suikers gemaakt worden. PSII krijgt zijn elektronen
terug door water te splitsen. Daar watermoleculen
zeer stabiel zijn, vraagt deze reactiestap om een buitengewoon
sterke elektronenzuigende kracht. Het gehele proces
kan dan weer opnieuw beginnen.
FIGUUR B
Doordat de aromatische ring van een histidine-residu
uit de eiwitketen een beetje schuin op de ring van het
chlorofyl staat, kunnen de elektronenwolken van de twee
aromatische ringen elkaar overlappen. Dat maakt het
chlorofyl zo’n sterke elektronenzuiger dat het zelfs water
kan oxideren.
15

16
Arno Hazekamp (1976) studeerde Moleculaire Biologie aan de Universiteit Leiden. Als doctoraalstudent meldde hij zich bij de afdeling
Farmacognosie met de boodschap: “Ik wil naar Thailand! Wat kan ik daar voor nuttigs doen?” Het werd een onderzoek naar planten met
een anti-astmatische werking. Hazekamp studeerde cum laude af en begon een promotieonderzoek bij dezelfde afdeling, ditmaal naar
medicinale cannabis. Sinds zijn promotie in 2007 runt hij een eigen bedrijf voor cannabisonderzoek en -voorlichting.

ARNO HAZEKAMP INSTITUUT BIOLOGIE LEIDEN (IBL)
CANNABIS ALS MEDICIJN
Sommige chronisch zieken hebben baat bij het gebruik van cannabis.
Ze kunnen daarvoor naar de apotheek, maar coffeeshops zijn
goedkoper. Daar weet je echter nooit precies wat je krijgt. Arno
Hazekamp onderzocht de kwaliteitsverschillen. Hij ontwikkelde
een standaardmethode om cannabis te classificeren en vergeleek
verschillende manieren van toediening. Nu reist hij het land door
op cannabiskruistocht.
Wie houdt van een jointje, moet in Nederland zijn. Cannabis, beter
bekend als marihuana of wiet, is hier vrij verkrijgbaar. Niet alleen
liefhebbers zijn daar blij mee, maar ook wetenschappers. “In geen
enkel ander land zou je cannabis zo gemakkelijk kunnen onderzoeken”,
zegt Arno Hazekamp. “Elders doet men daar veel moeilijker
over, zeker sinds de Verenigde Naties in 1961 een strenge wereldwijde
beperking hebben ingesteld.”
En onderzoek, aldus Hazekamp, is hard nodig. Zeker wanneer het
gaat om medicinaal gebruik van cannabis. “Het is al eeuwenlang
bekend dat de hennepplant symptomen van bepaalde chronische
aandoeningen kan verlichten,” vertelt de onderzoeker, “bijvoorbeeld
pijn bij multiple sclerose (MS), misselijkheid bij kankerbehandelingen
en AIDS, en de tics van het syndroom van Tourette.”
Sinds een jaar of tien staat wetenschappelijk vast dat het niet gaat
om bakerpraatjes. De werkzame stoffen in cannabis, de zogenaamde
cannabinoïden, lijken sterk op kalmerende stoffen die het lichaam
zelf maakt. Ons zenuwstelsel heeft specifieke receptoren die op cannabinoïden
reageren. Als je cannabis echter op een verantwoorde en
effectieve manier als medicijn wilt gebruiken, moet je precies weten
welke werkzame stoffen erin zitten, welke kwaliteitsverschillen er
zijn en hoe je cannabis het beste kan toedienen. “Naar al deze dingen
is verrassend weinig onderzoek gedaan”, zegt Hazekamp. “Er bestaat
weliswaar een berg aan literatuur over de werkzame stoffen, maar
iedereen gebruikt andere methoden om ze te analyseren en te kwantificeren.
Daardoor kon je gegevens nooit met elkaar vergelijken.”
Schimmels
Hazekamp ontwikkelde daarom een standaardmethode om het
exacte cannabinoïdgehalte te bepalen en te beschrijven. Vervolgens
onderzocht hij van alle cannabinoïden een aantal belangrijke chemische
eigenschappen. Ook dat was hard nodig. Hazekamp: “Toen was
het tijd voor een vergelijkend marktonderzoek.”
Sinds 2003 is medicinale cannabis in Nederland op recept bij de apotheek
verkrijgbaar. De productie en verwerking ervan zijn in handen
van het Bureau voor Medicinale Cannabis, een overheidsinstelling.
Cannabis is bij de apotheek echter zo’n twintig tot dertig procent
duurder dan bij een coffeeshop. Het medicijn wordt door verzekeraars
niet vergoed. Veel patiënten halen hun geneesmiddel dus
noodgedwongen bij de wietboer om de hoek.
17

18
ARNO HAZEKAMP
Hazekamp was nieuwsgierig naar de kwaliteit daarvan. Bij verschillende
coffeeshops in Nederland kocht hij tien gram cannabis, die
hij in zijn lab nauwkeurig onderzocht en vergeleek met die van de
apotheek. “Allereerst bleek dat je vrijwel overal betaalt voor tien
gram, maar minder meekrijgt”, vertelt hij. “Het verschil is soms meer
dan tien procent. Daarnaast varieert het gehalte aan werkzame stoffen
behoorlijk. Per saldo is de apotheek-cannabis daarom niet eens
zoveel duurder dan die van de gemiddelde coffeeshop. De prijs valt
redelijk binnen de spreiding.”
Hazekamp ontdekte nog een reden om toch maar naar de apotheek
te gaan: elk van de onderzochte coffeeshopmonsters bevatte bacteriën
en schimmels, soms zelfs in grote hoeveelheden. “Verder weet je
nooit waar de planten vandaan komen. Je haalt nooit twee dagen
achter elkaar hetzelfde spul. Het kan verschillen in ouderdom,
herkomst en ras. Het lijkt er zelfs op dat er dealers zijn die er met
opzet troep doorheen mengen, zelfs glassplinters, om het zwaarder
te maken.”
Ballon
Zelfs als een patiënt een gram cannabis van de apotheek gebruikt, is
het nog niet zeker hoeveel werkzame stoffen hij precies binnenkrijgt.
De manier van toedienen maakt een groot verschil. Veel mensen roken
een jointje, maar ze inhaleren daarbij ook schadelijke verbrandingsgassen.
Gezonder is een zogenaamde verdamper: een apparaat dat de
werkzame stoffen met hete lucht vrijmaakt, waarna de patiënt ze kan
inademen. Hazekamp laat er een zien: een piramidevormig apparaat
ter grootte van een keukenmachine. Een halve gram cannabis wordt
in een soort thee-ei in het apparaat geplaatst. De hete lucht die er
doorheen stroomt, komt terecht in een ballon met een ventiel.
De ballon kan de patiënt er vervolgens afnemen, waarna hij de
lucht kan opzuigen. “Dit is een fantastisch apparaat,” zegt Hazekamp
enthousiast, “er kan niets mee fout gaan. Als je er een juiste hoeveelheid
indoet, en de temperatuur keurig instelt op 180 graden, bevat
de ballon altijd dezelfde hoeveelheid cannabinoïden.” De enige kink
in de kabel is de houdbaarheid: in de ballon verliezen de stoffen na
enige tijd hun werkzaamheid. “Maar nu we dat weten, kunnen we
mensen erop wijzen.”
Een derde manier van toediening is als thee. Sommige mensen geven
daar de voorkeur aan, omdat ze niet graag warme lucht inademen of
omdat ze de methode vertrouwder vinden. Ook het theezetten bleek
goed te standaardiseren. “Variabelen zoals de kooktijd en de hoeveelheid
water maken niet eens zoveel uit, zolang je alle thee maar meteen
opdrinkt”, geeft Hazekamp aan. “Anders is het als je in één keer een
grote hoeveelheid klaarmaakt, en de rest in de koelkast bewaart.
Na twee dagen is de thee zijn werkzaamheid kwijt.” Elke dag verse
thee maken is erg lastig voor een MS-patiënt voor wie iedere handeling
pijnlijk is. Maar wat blijkt? Als je een klontje boter aan de thee
toevoegt, of koffiemelkpoeder, dan is de thee wel een week houdbaar.
De werkzame stoffen binden zich aan de vette bestanddelen
en blijven zo in de thee aanwezig. “Ideaal,” lacht Hazekamp,
“daar kunnen mensen tenminste wat mee.”
Eigen bedrijf
Met zijn onderzoek hoopt Hazekamp de maatschappelijke discussie
over medicinale cannabis een wetenschappelijke basis te geven.
“Iedereen heeft er wel een mening over”, zegt hij. “Cannabis heeft
nog altijd een sterk negatief imago. Mensen zeggen vaak: die medicinale
cannabis is gewoon een excuus voor mensen die lekker een
jointje willen roken. Anderen zeggen: het is een homeopathisch
middel en de effecten zijn niet bewezen.” Feit is echter dat grote
groepen mensen er baat bij hebben – tien- tot vijftienduizend,
volgens een schatting van het Ministerie van Volksgezondheid –
en dat medicinale cannabis alleen wordt verstrekt aan mensen
bij wie andere behandelmethoden niet werken.
Dat laatste zou Hazekamp graag zien veranderen. “Als cannabis
breder wordt geaccepteerd, hoeven patiënten misschien niet meer
zolang te wachten op een recept. Ze kunnen het middel dan meteen
gaan gebruiken, als volwaardig alternatief. Mensen hoeven er niet
meer stiekem over te doen. De vraag zal dan toenemen, en de prijs
kan dalen.”
Om deze boodschap te verspreiden, reist Hazekamp nu door het
land met collega’s van het Bureau Medicinale Cannabis. Hij spreekt
met patiënten, apothekers, verzekeraars en beleidsmakers en hoopt
hen met zijn wetenschappelijke gegevens te overtuigen. “Ik kan nu

feiten laten zien die elke discussie uitsluiten”, aldus de onderzoeker,
die inmiddels zijn eigen bedrijf heeft opgericht om zijn werk voort
te zetten. “Het gaat weliswaar om plantenmateriaal in een potje, en
niet om een keurig herkenbaar pilletje zoals de mensen dat gewend
zijn, maar het is wel degelijk een werkzaam medicijn dat de levens
van veel mensen kan verbeteren.”
Nienke Beintema
Marihuana, the “assassin of youth”, is een film uit 1937 over de negatieve effecten van cannabis. Dit beeld speelt nog steeds
een belangrijke rol in de discussie over cannabis als medicijn.
19

20
Hermen Jan Hupkes (1981) studeerde zowel wiskunde als natuurkunde in Leiden. Volgende jaar hoopt hij aan het Mathematisch
Instituut bij prof.dr. Sjoerd Verduyn Lunel te promoveren aan differentiaalvergelijkingen van de gemengde soort.

HERMEN JAN HUPKES MATHEMATISCH INSTITUUT (MI)
DE LOL VAN HET DICHTTIMMEREN
Altijd gedacht dat de wiskunde een doortimmerd bouwwerk was.
Dat degenen die eraan werken, bezig zijn met de volgende verdieping
of metselen aan een nieuwe vleugel. Binnen is het schoon en
strak, geen schroefje zit verkeerd. Maar in kamer 211 van het Snelliusgebouw,
hoe licht en gerieflijk ook, is Hermen Jan Hupkes bezig aan
een schemerdonkere zaal die nog helemaal in ruwe staat verkeert.
Wiskundigen liepen honderden jaren met een boog om die zaal heen.
Differentiaalvergelijkingen van de gemengde soort – zo heet de
wiskunde die in die zaal rondwaart – waren gewoon te moeilijk.
De carrière van een wiskundig onderzoeker voldoet zelf misschien
ook wel aan een differentiaalvergelijking van de gemengde soort,
maar dan een heel ingewikkelde. Hermen Jan Hupkes begon in
Leiden bijvoorbeeld als student natuurkunde. Voor die studie krijg
je in het begin dezelfde wiskunde als wiskundestudenten; later gaan
wis- en natuurkundigen sterk uiteenlopen. “Ik had een paar heel
goede vrienden onder de wiskundestudenten, dus ik ging ook hun
colleges lopen. Zodoende heb ik allebei de studies gedaan, in ongeveer
dezelfde periode.”
“Ik merkte dat mijn hart eigenlijk bij de wiskunde lag. Ik werd veel
meer getrokken door de wiskundige formules zelf dan door de natuurkunde
die je ermee beschrijft. Bij tentamens natuurkunde had je
opdrachten waarbij gezegd werd: gebruik je natuurkundige intuïtie.
Dat gaf bij mij altijd een probleem.”
Zijn afstudeeronderzoek natuurkunde was dan ook sterk wiskundig
van aard: hij verdiepte zich in kwantumcommunicatie. Dat is het
idee dat je losse lichtdeeltjes of elektronen kunt gebruiken voor het
overbrengen van berichten. Dergelijke kleine deeltjes hebben een intieme,
maar ingewikkelde verhouding tot het verschijnsel ‘informatie’.
Op die schaal kun je hun eigenschappen per definitie nooit allemaal
precies meten. Dat maakt het mogelijk om de informatie die je ze
meegeeft, onkraakbaar te coderen. “Het was helemaal theoretisch,
het soort apparaten dat je daarbij gebruikt heb ik niet aangeraakt.”
Verborgen onderliggende structuren
Bij wiskunde, vindt Hupkes, kan hij zijn creativiteit beter kwijt dan
bij natuurkunde: “Je moet verborgen onderliggende structuren uit
de vergelijkingen naar boven halen. Zodat je er heel algemene dingen
over kunt zeggen. Maar het is niet zo dat je meteen op zoek bent
naar ‘schoonheid’. Elegantie is vaak iets dat je achteraf pas ziet. Als je
bezig bent, gebruik je juist meer brute methoden. Je moet vaak vieze
handen maken.” Maar als het lukt dan is er “de lol van het dingen
dichttimmeren”, zegt hij. “Uiteindelijk moet je honderd procent
achter datgene kunnen staan wat je opschrijft.”
“In de natuurkunde of economie nemen ze bij hun berekeningen
snel genoegen met iets dat werkt, ook al begrijpen ze die wiskunde
21

22
HERMEN JAN HUPKES
nog niet volledig. Ze hebben de intuïtie dat het wel klopt. Bij het
nagaan van de heel knappe dingen die ze daarbij bedenken, loopt
de wiskunde vaak tien jaar achterop. Dat geeft niet, tijdens het
dichttimmeren ontstaan vaak uit de wiskundige benadering van
het probleem weer nieuwe inzichten. Dat leidt tot interessante
wisselwerkingen.”
Verwaarloosde zaal
Een promotieplek bij wiskunde was een logisch vervolg op zijn
studie. En dat was het moment dat hij de verwaarloosde zaal in
moest waar de differentiaalvergelijkingen van de gemengde soort
verblijven. De hoogleraar die hem aannam, is een van de pioniers
op dat gebied.
Begin 2008 denkt Hupkes klaar te zijn met zijn proefschrift.
Hij heeft een aantal verschijnselen onderzocht waarvoor je differentiaalvergelijkingen
van de gemengde soort nodig blijkt te hebben.
Natuurkundigen willen bijvoorbeeld begrijpen wat er allemaal
gebeurt in vaste stoffen waarin de atomen met een vaste regelmaat
verdeeld zijn: kristallen. Het reizen van een geluidsgolf door zo’n
kristal voldoet precies aan het soort vergelijkingen waar Hupkes
mee werkt.
Ook biologen komen differentiaalvergelijkingen van de gemengde
soort tegen als ze willen begrijpen hoe onze zenuwen informatie
van vingertop naar hersenen en van hersenen naar spier brengen.
Zenuwbanen bestaan uit stukjes weefsel waar elektrische signalen
doorheen gaan, op regelmatige afstanden onderbroken door een
knooppunt waar die signalen even opgehouden worden. Wat er op
ieder knooppunt gebeurt, hangt af van wat er voor en achter gebeurt.
En dat vertaalt zich in een differentiaalvergelijking van de gemengde
soort. Voor een wiskundige is het helemaal niet vreemd om bij zo’n
zenuwbaan met zijn knooppunten op regelmatige afstanden meteen
te denken: dit is een kristal, maar dan ééndimensionaal.
Zelf werkt Hupkes onder andere samen met economen. “Die maken
modellen van de bewegingen van geld in de economie: de kapitaalmarkt.
Daarbij hebben ze een heel simpele aanname: iedereen wil
zijn totale levensgenot maximaliseren. En genot, dat is dan consumptie,
nu of later. Ze willen weten: waar komen nu al die fluctuaties en
golfbewegingen in de economie vandaan?”
Constante oplossing
Een van de technieken die Hupkes uitgebreid heeft onderzocht,
is eerst te kijken of er een ‘constante oplossing’ is, waarbij het hele
systeem aan de differentiaalvergelijking voldoet, maar wel op een of
andere manier in rust is: een constante rente, of een heel regelmatig
trillend kristal. Vanuit die oplossing kijkt hij dan wat er gebeurt als
je de variabelen een heel klein beetje laat veranderen. Zo lang die
verandering maar klein is, kun je de vergelijking exact oplossen
en dus precies voorspellen hoe het systeem dat je onderzoekt zich
gedraagt ‘in de buurt van het evenwicht’.
Over zijn proefschrift deed hij vier jaar, maar in die korte tijd kon hij
merken dat hij pionier was in een vakgebied dat opkwam. “In 2006
was ik nog op een conferentie de enige met een praatje over dit onderwerp.
Nu niet meer. Er zijn allerlei groepen bezig, onder andere
in de VS, Engeland, Duitsland en elders in Nederland.”
Bij een van die buitenlandse groepen zal hij vermoedelijk de volgende
stap in zijn loopbaan zetten, als postdoc. Hij hoopt erg op
een plek in Engeland waar hij op gesolliciteerd heeft. “Daar heb ik
een eigen onderzoeksvoorstel ingediend over deze vergelijkingen.
In december hoor ik of een subsidieaanvraag daarvoor gehonoreerd
wordt. Dat zou wel heel mooi zijn: een baan waar ik mijn eigen plan
mag trekken.”
Bas den Hond

Knopen van Ranvier
Myeline
0.2
0.1
-0.2 -0.1 0.1 0.2
-0.1
-0.2
FIGUUR A
Zenuwbanen worden omringd door een omhulsel van
myeline, dat op regelmatige afstand kleine gaten bevat.
Deze gaten worden knopen van Ranvier genoemd en zijn
nodig om de elektrische signalen te versterken. Tussen
deze knopen kan zo’n signaal relatief snel bewegen, zodat
het lijkt alsof de stroom van knoop naar knoop springt.
FIGUUR B
Een golf die in een rechte lijn door een kristal reist, zal
merken dat zijn perceptie van de omgeving afhangt van
de hoek waaronder hij beweegt. Als je deze eigenschap
wilt behouden in de achterliggende wiskunde, krijg je
onverbiddelijk te maken met gemengde differentiaalvergelijkingen.
FIGUUR C
Hoekafhankelijkheid van de golfsnelheid voor vier discrete
reactie-diffusiemodellen. Voor elk punt op de grafieken
geldt dat de lengte van de lijn tussen de oorsprong en dit
punt overeenkomt met de snelheid van de golf, terwijl de
hoek t.o.v. de horizontaal overeenkomt met de hoek in
Figuur B.
23

24
Spiegel van de Gemini South-telescoop in Chili, in de winter van 2005/2006 gedurende acht nachten door Mariska Kriek gebruikt.
Mariska Kriek (Leiden, 1979) deed in 1997 eindexamen VWO aan het Adelbert College in Wassenaar, en begon daarna
aan een studie sterrenkunde aan de Universiteit Leiden, waar ze in augustus 2003 haar doctoraalbul behaalde.
Van 2003 tot 2007 deed ze promotieonderzoek naar de evolutie van sterrenstelsels in het jonge heelal.

De natuurkundedocent op de middelbare school was niet bepaald
doorslaggevend voor de carrière van Mariska Kriek. “Ik zou geen
natuurkunde in mijn pakket nemen als ik jou was”, luidde zijn advies
toen Mariska in 3 VWO zat. Dat deed ze natuurlijk wél, met uiteindelijk
een 9 op haar eindlijst. Sinds 1 oktober is de Leidse astronome
H.N. Russell Fellow aan Princeton University. Specialisme:
de evolutie van sterrenstelsels in het jonge heelal.
“Hawaii is mooi,” zegt Mariska Kriek (28), “maar Paranal is echt
het bizarst. Er is daar gewoon helemaal niks.” Voor haar promotieonderzoek
heeft ze de halve wereld afgereisd, en alle grote internationale
sterrenwachten bezocht. Op de bergtop Cerro Paranal, in
het noorden van Chili, staan de vier reuzenkijkers van de Europese
Very Large Telescope, midden in een kurkdroog Marslandschap.
Een van de beste plekken ter wereld om verre sterrenstelsels aan
de rand van het waarneembare heelal te bestuderen.
Na haar promotie, op 26 september 2007 in Leiden, is Kriek naar
Princeton vertrokken, aan de oostkust van de Verenigde Staten, waar
ze een postdoc-aanstelling voor drie jaar heeft. “Ik bouw hier voort
op de resultaten die ik in mijn proefschrift heb beschreven,” zegt
ze, “maar zo verschrikkelijk veel waarnemen als de afgelopen jaren
is er gelukkig niet meer bij. Ik hoef niet meer zo nodig in twintig
verschillende bedden te slapen voordat ik weer een keer thuis ben.”
MARISKA KRIEK STERREWACHT LEIDEN (STRW)
POSTNATALE STERRENSTELSELS
Talent
De fascinatie voor de kosmos heeft Kriek niet van huis uit meegekregen.
Op de middelbare school in Wassenaar bleek ze gewoon een
talent voor bètavakken te hebben, maar ze stond niet ’s nachts met
een eigen telescoopje in de achtertuin. “Natuurlijk wist ik van het
bestaan van de Leidse Sterrewacht,” vertelt ze, “maar eigenlijk wilde
ik architect worden.” Dat ze in 1997 toch voor de sterrenkunde koos,
kwam vooral doordat dat een interessante studie was waarmee je
altijd wel een mooie baan kunt vinden.
“Maar ik had zeker niet het idee om daar in door te gaan,” zegt Kriek.
“Ik wilde het bedrijfsleven of de consultancy in.” Tijdens haar masterstudie
koos ze dan ook voor de Science Based Business-variant.
“Maar al na drie maanden bleek ik het echte sterrenkundige onderzoek
veel leuker te vinden, en al snel besloot ik om toch te promoveren.”
Het waren vooral de grote onopgeloste problemen in de
kosmologie die tot haar verbeelding spraken: de structuur en de
evolutie van het heelal als geheel. “Op dat gebied valt gewoon nog
heel veel te ontdekken.”
Kosmologie heeft af en toe wel wat weg van geologie. Net zoals
geologen oude aardlagen bestuderen om de geschiedenis van onze
planeet te reconstrueren, zo onderzoeken kosmologen oud licht om
de evolutie van het heelal te achterhalen. Licht van sterrenstelsels
25

26
MARISKA KRIEK
uit de prille jeugd van het heelal, dat vele miljarden jaren onderweg
is geweest voordat het op aarde aankwam. Hoe verder je kijkt, des
te dieper dring je door in de kosmische prehistorie. Nadeel: het
bestuderen van die extreem ver verwijderde stelsels lukt alleen
met de allergrootste telescopen ter wereld.
Jong-volwassen sterrenstelsels
Het meest opzienbarende resultaat van Krieks promotieonderzoek
is dat er kort na de oerknal een enorme geboortegolf van nieuwe
sterren moet hebben plaatsgevonden. Dat blijkt uit het feit dat veel
sterrenstelsels op zo’n elf miljard lichtjaar afstand voornamelijk uit
oude sterren bestaan. Die verre stelsels worden waargenomen zoals
ze er slechts tweeëneenhalf miljard jaar na de oerknal uitzagen.
Ondanks die jeugdige leeftijd komt er in de stelsels vrijwel geen
vorming van nieuwe sterren meer voor.
“Wij toonden als eersten aan dat stervorming in veel sterrenstelsels
al tot stilstand was gekomen toen het heelal nog maar twintig
procent van de huidige leeftijd had”, aldus een trotse Kriek, die het
onderzoek uitvoerde samen met haar promotoren Marijn Franx
in Leiden en Pieter van Dokkum van Yale University in New Have,
Connecticut. “Dat betekent dat er in een enorm tempo heel veel
sterren moeten zijn ontstaan toen het heelal nog heel jong was.”
Een vrij onverwacht resultaat, dat door veel mensen werd opgepikt,
aldus Kriek. Vooral door theoretici: de waarnemingen boden de mogelijkheid
om de bestaande theoretische modellen verder te verfijnen
en aan te passen, wat dan ook prompt gebeurde. Overigens is niet
gezegd dat die jong-volwassen sterrenstelsels voorgoed ‘uitgedoofd’
blijven. “Er kan nog heel veel gebeuren,” zegt Kriek, “bijvoorbeeld
wanneer zulke stelsels met andere stelsels botsen en er een nieuwe
geboortegolf van sterren plaatsvindt.”
Air miles
Kriek kijkt met gemengde gevoelens terug op haar leven als promovendus.
Natuurlijk was het prachtig om met de eerste generatie
nabij-infraroodspectrografen te werken op de grootste telescopen ter
wereld. Maar in het begin zat het weer heel erg tegen, zowel in Chili
als op Hawaii. “Daar komt bij dat je er pas in de loop van de tijd
achter komt wat nu echt de belangrijkste onderzoeksvragen zijn”,
zegt ze. “De meeste waarnemingsgegevens zijn pas verzameld toen
ik al tweeëneenhalf jaar bezig was.”
Met name in de winter 2005/2006 vloog Kriek van de ene grote
sterrenwacht naar de andere. “Die winter had ik in totaal zes nachten
op de Very Large Telescope, acht nachten op Gemini South [ook in
Chili], en ook nog eens twee nachten op de Amerikaanse Kecktelescoop
op Hawaii.” Alles bij elkaar heeft ze in drie jaar tijd ruim
veertig nachten waargenomen. “Op zo’n grote telescoop kost dat
een slordige vijftigduizend euro per nacht, dus het verzamelen van
al die waarnemingen kostte heel wat meer dan mijn salaris.”
Bijkomend voordeel was wel dat ze heel wat air miles heeft gespaard,
lacht Kriek. Afgelopen voorjaar, toen het meeste werk aan het proefschrift
achter de rug was, heeft ze zichzelf en een goede vriendin
dan ook getrakteerd op een prachtige vakantie naar Tanzania.
Wat die verre sterrenstelsels en de vroege evolutie van het heelal
betreft heeft Kriek absoluut niet het idee dat de problemen nu allemaal
zijn opgelost. “Er zitten nog wel veel impliciete aannames
in onze analyse”, vertelt ze. “In de toekomst willen we onder andere
veel directere massabepalingen van die sterrenstelsels verrichten.
En natuurlijk wil je ook weten hoe die stelsels verder evolueren.
Hopelijk kunnen we daarvoor over een paar jaar gebruik maken
van de nieuwe James Webb Space Telescope.”
Een loopbaan in de consultancy is voor Mariska Kriek geen optie
meer. “Je verdient dan misschien wel beter, maar ik heb nu gewoon
een prachtbaan.”
Govert Schilling

28
Niels Raes (1971) studeerde biologie aan de Universiteit Utrecht en specialiseerde zich in tropische ecologie en tropische taxonomie, dus
tot iemand met verstand van tropische soorten en relaties tussen die soorten. Na afstuderen was hij enige tijd werkzaam als computerdocent
en had toen onder meer te maken met de bouw van grote databases. Intussen ging hij tweemaal naar Zuid-Amerika voor plantenonderzoek,
eenmaal naar voormalig Brits Guyana en eenmaal naar Bolivia. Daarna solliciteerde hij met succes op een promotieplaats in
Leiden bij het Nationaal Herbarium Nederland, waar zowel zijn plantenkennis als zijn computerervaring uitstekend van pas komen.

NIELS RAES NATIONAAL HERBARIUM NEDERLAND (NHN)
“Ik had nooit gedacht dat ik als ecoloog nog eens zo diep in de
statistiek zou duiken”, zegt Niels Raes. “Maar ik had geen keus,
ik moest wel.” Hij had als promovendus de taak om de plantenbiodiversiteit
van Borneo in kaart te brengen: waar groeien de
meeste soorten, waar groeien de bijzondere soorten? Hij moest
een nieuwe statistische methode ontwikkelen om zijn opdracht
te kunnen uitvoeren. En juist daarom is hij nu genomineerd als
Ontdekker van het Jaar 2007.
Maar liefst 166.000 herbariumvellen, elk met één plant, vormden
het uitgangspunt om de biodiversiteit van Borneo in kaart te brengen.
Vooral Leidse plantkundigen, die van oudsher veel in Zuidoost
Azië hebben gewerkt, hebben die enorme collectie bijeengebracht.
Maar wat is enorm? Borneo is bijna twintig keer zo groot als
Nederland. Slechts een klein deel is door botanici bezocht, zo heeft
Raes op een kaart aangegeven: “Ik heb Borneo verdeeld in blokken
van tien bij tien kilometer. Ongeveer een vijfde van die blokken is
onderzocht, de rest is botanisch gezien nog blanco gebied.” Daarom
zitten bovendien nog lang niet alle plantensoorten van Borneo in de
verzameling. Je kunt dus niet rechtstreeks uit de collectie afleiden
waar de biodiversiteit hoog is.
Van die biodiversiteit bestonden wel schattingen. Het Wereld Natuurfonds
had bijvoorbeeld een kaart gemaakt waarop was aangegeven
waar specialisten dachten dat de biodiversiteit hoog was. Maar Raes
VERSPREIDING
IN KAART GEBRACHT
MET STATISTIEK
wilde het netjes doen: uitzoeken waar de tot dusver bekende soorten
precies kunnen groeien en uitgaande van die afzonderlijke soorten
het biodiversiteitsplaatje opbouwen.
Hij nam alleen de soorten waarvan de naam onomstreden was en
die op minstens vijf plaatsen waren gevonden. De gegevens van die
planten waren al digitaal beschikbaar. “Maar ik moest nog wel de
geografische coördinaten van de vindplaatsen opzoeken en invoeren.
Dat was al een klus op zich”, vertelt Raes. Hij hield ruim vijftigduizend
exemplaren over van bijna 2300 soorten. Het was een beetje vreemd
om als bioloog met alleen digitale gegevens te werken. “Gelukkig kon
ik een keer mee op expeditie naar Borneo, om toch een beetje voeling
te krijgen met deze planten en de plaats waar ze groeien.”
Onzinkaart
Van 2300 soorten met gemiddeld pakweg vijftien vindplaatsen
wilde Raes dus verspreidingskaarten maken. Sinds een jaar of tien
gebruiken biologen daar een bepaalde methode voor. Ze kijken hoe
de milieufactoren hoogte, klimaat en bodem voor vindplaatsen van
een soort overeenkomen. Voor heel Borneo zijn die milieugegevens
beschikbaar. Vervolgens maken ze een kaart waarop de gebieden
met die omstandigheden – een bepaalde range van hoogte, klimaat
en bodemgesteldheid – als verspreidingsgebied van de soort zijn
ingetekend.
29

30
NIELS RAES
Maar die verspreidingskaart is nog maar hypothetisch. De gevonden
overeenkomst in milieufactoren kan namelijk toeval zijn. Om te
zien hoe betrouwbaar de kaart is, doen de onderzoekers een test.
Ze nemen een aantal vindplaatsen van de soort (die hadden ze van
tevoren al achtergehouden en niet gebruikt om de verspreidingskaart
te maken) en een groot aantal plaatsen waar hij niet gevonden
is en waar de plant als afwezig wordt bestempeld. Vervolgens toetsen
ze in hoeverre de verspreidingskaart de aanwezigheid en afwezigheid
correct voorspelt.
En dat mag eigenlijk niet, stelt Raes. Want plaatsen waar de plantensoort
niet is gevonden, zijn niet per se plaatsen waar hij niet
voorkomt. Het kunnen ook plaatsen zijn waar domweg niet is
gekeken, maar waar de soort best kan groeien. De test is dan fout.
Onderzoekers wisten dat ook wel, maar ze stapten over dat bezwaar
heen omdat ze geen alternatief hadden. Maar Raes schrok toen hij
eens per ongeluk de verkeerde vindplaatscoördinaten had ingevuld
om het verspreidingsgebied van een soort te bepalen. De kaart die
dat opleverde was natuurlijk onzin, maar de test gaf toch aan dat
hij heel betrouwbaar was.
Deze fout was wel leerzaam: hij bracht Raes op het idee hoe hij de
test moest aanpassen. “Het komt erop neer dat ik per soort een
echte verspreidingskaart maak op grond van de vindplaatsen én
999 kaarten waarbij ik die vindplaatsen vervang door een even
groot aantal toevallig getrokken plaatsen. Dan test ik al die duizend
kaarten. Alleen als de echte verspreidingskaart goed door die test
komt vergeleken met die 999 nepkaarten, kan ik concluderen dat de
verspreidingskaart voor een soort betrouwbaar is.” Makkelijk gezegd,
maar het was een enorme hoeveelheid werk die het uiterste vergde
van zijn computervermogen.
Bijzondere moerassen
Van de 2300 soorten bleven er ruim 1400 over waarvan de gemaakte
verspreidingskaart bruikbaar bleek. Hoewel dat maar een deel is van
de plantensoorten van Borneo (naar schatting negen à vijfentwintig
duizend), is het voldoende om een redelijk nauwkeurige biodiversiteitskaart
te maken.
En zo heeft Raes nu inderdaad een kaart waarop de plantenbiodiversiteit
van Borneo is aangegeven. Hij komt voor een groot
deel overeen met de kaart die het Wereld Natuurfonds al had, met
de meest soortenrijke gebieden in het noordelijke puntje van Borneo.
Maar Raes vond nog een paar nieuwe gebieden met een hoge
diversiteit aan planten: op de bergen in het binnenland en een paar
stukjes in het zuiden van het eiland. Daarnaast blijken er moerasgebieden
te zijn die niet de meeste soorten bevatten, maar wel
bijzondere soorten die verder nergens voorkomen.
De statistische methode die hij heeft ontwikkeld is breed toepasbaar:
je kunt er de betrouwbaarheid mee bepalen van alle verspreidingskaarten
die op grond van onvolledige gegevens gemaakt worden.
In Nederland zouden zulke kaarten bijvoorbeeld nuttig zijn voor
beschermde soorten, zodat planners van bouwprojecten er rekening
mee kunnen houden.
Willy van Strien

Door overeenkomsten in milieufactoren (temperatuur,
hoogte, neerslag etc.) op de locaties waar individuen van
een soort ( ) zijn gevonden te identifi ceren en interpoleren
(links), is het mogelijk om een voorspellende verspreidingskaart
te maken (rechts).
31

32
Merlijn van Spengen studeerde micro-elektronica en micromechanica in Eindhoven. Bij het Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum
IMEC in Leuven ontwierp hij vervolgens MEMS, en deed hij promotieonderzoek naar de betrouwbaarheid daarvan. Met een Veni-beurs
van de Stichting voor de Technische Wetenschappen (STW) onderzoekt hij nu wrijving op MEMS-schaal bij de onderzoeksgroep Interface
Physics van het Leids Instituut voor Onderzoek in de Natuurkunde (LION), onder leiding van prof.dr. Joost Frenken.

MERLIJN VAN SPENGEN LEIDS INSTITUUT VOOR ONDERZOEK IN DE NATUURKUNDE (LION)
MICROVERSTERKER
VOOR RUIGE OMSTANDIGHEDEN
“Het idee was er ineens. Oh ja, dacht ik, zo moet het”, vertelt
Merlijn van Spengen. De klassieke eureka-ervaring van de natuurkundige
leidde tot de allereerste micromechanische versterker van
elektrische signalen, een minuscuul chip-onderdeeltje van 0,3 millimeter
lang, en met een hoogte van maar enkele micrometers.
“Een mechanische versterker heeft een paar grote voordelen”, legt
Van Spengen uit. Beter dan de nu gebruikte halfgeleidertransistoren
is hij bestand tegen kou, hitte en radio-actieve straling. Dat zijn handige
eigenschappen als je ruige omstandigheden in de ruimtevaart,
kernreactoren, hete ovens of reactorvaten moet overleven, of juist
in extreem koude natuurkundige experimenten moet functioneren.
Bovendien is het ruisniveau potentieel veel lager dan wat met transistoren
haalbaar is. Tot slot is hij beter en goedkoper te combineren
met sensoren gebaseerd op MEMS-technologie.
MEMS staat voor Micro-Electro-Mechanical Systems, het bouwen
van machines op de schaal van micrometers (een micrometer is een
duizendste millimeter). Al vanaf de jaren tachtig zijn er pogingen
gedaan om op die schaal tandwielen, asjes en andere machinerie
te maken; die hebben echter last van de wrijving, die op die schaal
relatief enorm is. Van Spengen heeft een Veni-beurs van STW om
wrijving op MEMS-schaal te onderzoeken.
De versterker was eigenlijk een toevallig zijpad van deze hoofdlijn,
vertelt hij. “Ik was een MEMS-chip aan het ontwerpen voor een
apparaatje om zulke wrijvingen te meten. Dat is nogal veel dezelfde
vormen tekenen, dus dwaalden mijn gedachten af.” Toen hij zijn
ingeving kreeg, kon Van Spengen die in een moeite door op een
ongebruikt hoekje van de chip uitproberen. Het werkte, eigenlijk
meteen. Van Spengen: “Als je mij in januari hadden verteld dat ik
in oktober al zo ver zou zijn, had ik het niet geloofd”.
Microbruggetje
De vinding zou je kunnen omschrijven als een buigbaar microbruggetje.
Dat hangt boven drie elektrodes, vierkante plaatjes op
het chip-oppervlak waarop een elektrische spanning gezet kan
worden. Als dat gebeurt, trekt de elektrische lading het bruggetje
aan, en klapt het naar beneden. Twee kleine uitstulpingen aan de
onderkant voorkomen dat de brug helemaal de ondergrond raakt.
De afstand tussen de brug en de andere elektrodes wordt bij het
inklappen veel kleiner, waardoor hoogfrequente signalen deze kleine
afstand opeens kunnen overbruggen (voor kenners: de brug gaat als
een kleine condensator werken). “Dus als hij aangeschakeld staat,
laat hij hoogfrequente spanningen door, anders niet”, formuleert
Van Spengen het halve eieren eten. Half, omdat de microbrug op
zichzelf alleen een digitale versterker is: onder een bepaald ingangs-
33

34
MERLIJN VAN SPENGEN
niveau laat hij niets door, daarboven alles. Digitale versterkers zijn
handig als schakelaar, maar voor een analoge versterker is een
glijdende schaal van tussenstanden nodig.
Hier bracht Van Spengens achtergrond uitkomst. “Ik heb elektrotechniek
gestudeerd in Eindhoven, en daar was ik al d-klasse-versterkers
tegengekomen.” Dat zijn zware versterkers, die bijvoorbeeld
in disco’s en bij live-concerten gebruikt worden. Ze werken op basis
van transistoren die digitaal geschakeld worden: alleen aan en uit.
De truc is om een hoogfrequent vergelijkingssignaal bij het te versterken
signaal op te tellen, en het geheel dan digitaal te versterken.
Als er geen ingangssignaal is, zal het geleidelijk veranderende
vergelijkingssignaal door de digitale versterker vertaald worden in
een regelmatig afwisselend aan-uit-aan-uit-signaal. Maar als er wel
een positief ingangssignaal is, zal het gecombineerde signaal de aandrempel
eerder bereiken, en duurt de aan-toestand dus langer dan
de uit-toestand. Andersom geldt dat een negatief ingangssignaal
juist de uit-perioden langer maakt.
Zo wordt het inkomende signaal vertaald in een blokgolf, waarbij
de lengte van de aan-blokken afhankelijk is van de ingangssignaal.
Met een eenvoudig frequentiefilter, dat alleen lage frequenties doorlaat,
is zo’n signaal gemakkelijk om te zetten in het oorspronkelijke,
maar dan versterkt.
Met een paar minieme aanpassingen was dit idee ook voor zijn
inklappende-brugschakelaar te gebruiken, realiseerde Van Spengen
zich. “De eerste mechanisch versterkte sinusgolf in de wereld”,
pronkt het bijschrift bij een foto van een oscilloscoop die de originele
en de versterkte vorm vertoont. De versterkingsfactor is vijf.
Combineerbaarheid
Van Spengen werkt nu aan een geoptimaliseerde versie. “Daarin
gebruiken we alles wat we tot nu toe geleerd hebben”, zegt hij.
Niet alleen de versterkingsfactor kan nog veel hoger, denkt de
onderzoeker, ook het ruisniveau kan lager. “Dat is nu al heel
goed, en je kunt het vrij eenvoudig even goed maken als bij de
beste transistoren, of zelfs beter. Dat is heel gunstig voor gevoelige
meetapparatuur.” Waar halfgeleiders inherent last hebben van veel
verschillende ruisbronnen, is de mechanische versterker alleen
onderhevig aan thermische ruis, ofwel het trillen van de atomen
door de warmte.
Het vijfde voordeel, na hitte-, kou-, en stralingsbestendigheid, en
lage ruis, is de combineerbaarheid van de mechanische versterker
met andere MEMS-componenten. Dat zijn vaak sensoren, micromachientjes
die een druk meten, of een versnelling. Voor een versterking
van het signaal is dan een tweede, reguliere elektronische chip
met transistoren nodig. Die extra chip levert extra kosten op, en
soms extra ruis bij de overdracht van het signaal. De mechanische
versterker zou gewoon op dezelfde chip als de sensor gezet kunnen
worden.
“Als maar een van de vijf toepassingen doorbreekt, is het al geweldig”,
zegt Van Spengen. De onderzoeker heeft inmiddels een patent
aangevraagd, en er zijn gesprekken met geïnteresseerde bedrijven.
Ook is een artikel in voorbereiding in een, niet nader te noemen,
toptijdschrift. Maar of hij als patenthouder dan rijk wordt van een
doorbraak, weet de onderzoeker eigenlijk niet. “Daar heb ik niet zo
bij stilgestaan,” bekent hij, “ik vind het vooral een heel cool ding.”
Bruno van Wayenburg

FIGUUR A
Elektronenmicroscopische foto van de
‘MEMSamp’.
FIGUUR B
MEMS onder de microscoop in het probestation:
elektrisch contact wordt gemaakt
met de positioneerbare naalden.
FIGUUR C
Principe van de micromechanische versterker.
35

36
Ashraf Yassen (1977) studeerde farmacie in Utrecht. Het apothekersexamen behaalde hij in 2006. Tussen 2002-2006 werkte hij tevens als
onderzoeker in opleiding bij de sectie Farmacologie van het Leiden/Amsterdam Center for Drug Research. Zijn onderzoek naar mechanistische
PK-PD modellering voerde hij uit in samenwerking met de afdeling Anesthesiologie van het Leids Universitair Medisch Centrum.
Daar is hij sinds zijn promotie in oktober 2006 werkzaam als wetenschappelijk onderzoeker. In 2007 ontving hij een Graduate Student
Award van de American Association of Pharmaceutical Scientists.

ASHRAF YASSEN LEIDEN/AMSTERDAM CENTER FOR DRUG RESEARCH (LACDR)
Morfine en andere opiaten zijn de belangrijkste pijnstillers tegen
postoperatieve en ernstige acute of chronische pijn. Ze hebben
helaas min of meer ernstige, soms zelfs dodelijke bijwerkingen.
Ashraf Yassen ontwikkelde een computermodel dat snel en
nauwkeurig het pijnstillende effect en de bijwerkingen van
nieuwe opiaten kan voorspellen.
“De belangrijkste bijwerkingen van opiaten als morfine zijn misselijkheid,
braken, jeuk, constipatie, duizeligheid en ademhalingsdepressie.
Hinderlijk voor patiënten, maar niet levensbedreigend en
waar gewenst symptomatisch te behandelen. Ademhalingsdepressie
heeft wel potentieel fatale gevolgen”, vertelt Ashraf Yassen, als wetenschappelijk
onderzoeker inmiddels werkzaam op de afdeling Anesthesiologie
van het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC).
Het ademhalingsdepressieve effect kan al binnen enkele minuten
optreden, maar ook pas na enkele uren, soms met dodelijke afloop.
Het effect treedt op doordat het opiaat de hersenstam lamlegt die
de ademhaling regelt. De patiënt krijgt geen prikkel meer om te
ademen. Artsen kennen dit effect en geven daarom liever niet teveel
morfine, met als resultaat dat de patiënt pijn lijdt. Het is daarom van
groot belang om nieuwe opiaten te ontwikkelen waarbij afdoende
pijnstilling en geen of minder ademhalingsdepressie beter met elkaar
in balans zijn.
Om een effectieve en veilige pijnstiller te ontwikkelen, is het van
IDEALE PIJNSTILLER
GEMODELLEERD
belang de werking van nieuwe opiaten snel en nauwkeurig te kunnen
voorspellen. Werkingsduur en effecten van opiaten worden bepaald
door de farmacokinetische en farmacodynamische eigenschappen
van het toegediende opiaat te bepalen. De farmacokinetiek (PK)
beschrijft de wijze waarop het werkzame bestanddeel uit een geneesmiddel
door het lichaam wordt geabsorbeerd, verdeeld, afgebroken
en weer uitgescheiden. De farmacodynamiek (PD) beschrijft de
manier waarop het werkzame bestanddeel uit het geneesmiddel
op het lichaam werkt. “Door de PK-modellen aan de PD-modellen
te koppelen, kunnen we met iedere verandering in de geneesmiddelconcentratie
de verandering in farmacologisch effect verklaren”,
vertelt Yassen.
Mechanistische modellen
Er bestaan twee soorten PK-PD modellen; de beschrijvende empirische
en de voorspellende mechanistische modellen. Empirische
modellen zijn nauwelijks bruikbaar door de geringe voorspellende
waarde. Mechanistische modellen zijn daarentegen wel voorspellend
omdat ze een wiskundige beschrijving geven van de biologische en
farmacologische processen die ten grondslag liggen aan de onderliggende
werkingsmechanismen van geneesmiddelen. In feite analyseer
je met deze modellen het functioneren van het biologische systeem.
De mechanistische PK-PD modellen voorspellen het tijdsverloop
37

38
ASHRAF YASSEN
van effect of bijwerking, gebaseerd op beschikbare fysiologische
en farmacologische informatie over het werkingsmechanisme
van een geneesmiddel of een groep geneesmiddelen.
Juist de voorspellende, mechanistische PK-PD modellen hebben
volgens Yassen de toekomst. “De afgelopen jaren is er al een verschuiving
gaande van beschrijvende naar voorspellende modellen.
Veel farmaceutische bedrijven willen PK-PD modellering toepassen.
Ze zien namelijk dat er steeds meer geld naar R&D gaat, terwijl
er steeds minder nieuwe geneesmiddelen uitkomen. De afdeling
Farmacologie van professor Danhof van het LACDR speelt een
vooraanstaande rol in het opleiden van mensen die met dergelijke
modellen kunnen werken.”
Voorspellen
Yassen vergeleek voor zijn PK-PD model de twee farmacologisch
sterk verschillende opiaten buprenorfine en fentanyl. “Beide middelen
representeren de twee uiteinden van het spectrum. Door de relaties
tussen beide vast te leggen, zijn via het PK-PD model werkzaamheid
en bijwerkingen van elk opiaat te voorspellen”, aldus Yassen.
Hoe lang het duurt voor een pijnstiller het brein bereikt, is per opiaat
verschillend. Daarna kost het nog tijd voor het middel om zich over
het breinweefsel te verspreiden en zich vervolgens te binden aan
receptoren. Met het model is ook dit vertragende effect van een
opiaat te voorspellen.
Yassen: “Ons PK-PD model is juist vooral van nut voor de ontwikkeling
van nieuwe geneesmiddelen. Al in een heel vroeg stadium
kunnen wij namelijk zeggen of een middel werkzaam en veilig is, of
het betere eigenschappen heeft dan de bestaande en daardoor of het
geneesmiddel het op de markt zal redden. Daar zit de grote uitdaging.
Een farmaceutisch bedrijf kan bijvoorbeeld een breed scala aan
opiaten ontwikkelen dat op buprenorfine lijkt en deze snel op hun
werking laten testen.”
Continue veranderingen in de ademhaling
De afdelingen Farmacologie en Anesthesiologie deden gezamenlijk
onderzoek naar de ademhalingsdepressieve werking van opiaten in
proefdieren en mensen. Prof.dr. A. Dahan van de afdeling Anesthesiologie
ontwikkelde hiervoor de dynamic end-tidal forcing techniek
waarmee heel nauwkeurig en precies continue veranderingen in de
ademhaling gemeten kunnen worden. Op de afdeling Farmacologie
van het LACDR werd vervolgens een ademhalingsmodel voor ratten
ontwikkeld dat bijna identiek is aan het humane model.
Yassen: “In ons mechanistische model kunnen we de relevante biologische
verschillen opschalen van proefdier naar de mens en daardoor
direct het effect van het op proefdieren geteste geneesmiddel op de
mens voorspellen. We hoeven dus alleen de geneesmiddelspecifieke
eigenschappen te bepalen. Dit kan in proefdieren en zelfs mogelijk
al in in vitro testsystemen.”
De onderzoeker is optimistisch, en verwacht dat aan de hand van
mechanistische PK-PD modellen in de toekomst veel nauwkeuriger
is te voorspellen wat het effect van een nieuw geneesmiddel op de
mens zal zijn. Ook kan dan direct de juiste, effectieve dosering worden
vastgesteld. “Dat zal de ontwikkeling van geneesmiddelen veel sneller
en efficiënter maken”, aldus Yassen.
Nieuwe doseringen
Het onderzoek blijkt ook een klinische toepassing te hebben.
Er is uiteraard een preciezere dosering van opiaten gewenst waarbij
de pijnstillende werking optimaal is zonder dat levensbedreigende
ademhalingsdepressies optreden. Indien ademhalingsdepressies
optreden dan moet je deze altijd kunnen opheffen.
In de anesthesiologie wordt daarvoor veelvuldig gebruikt gemaakt
van naloxon. Tot nu werd er altijd gedacht dat optredende ademhalingsdepressie
na toedoening van buprenorfine niet tegengegaan
konden worden door dit middel. Als buprenorfine namelijk eenmaal
op de receptor zit, dan komt het er heel moeilijk vanaf. Er is geen
ruimte voor een ander geneesmiddel. Yassen: “Op basis van ons
PK-PD model zijn echter nieuwe naloxon-doseringen opgesteld die
wel bewerkstelligen dat optredende ademhalingsdepressies worden
opgeheven.”
Paul Schilperoord

FIGUUR A
Opstelling voor het gevoelig
meten van veranderingen in
ademhaling van proefdieren
na toediening van opiaten.
39

40
Problem-solving by simulated mice
by Joost Broekens
What do emotions have to do with learning processes? After some
four years of research at the Leiden Institute of Advanced Computer
Science, this is a problem Joost Broekens no longer needs to think
long or hard about: ‘If you are in a positive mood, you think differently
from when you are in a negative mood. If you feel positive, you
think positive. You are more creative and you accept things more
easily, whereas when you are in a negative mood, you become more
critical. In addition, brain research has proven that rational decisions
are less effective if there is any damage to the part of the brain
where emotions are seated. In short, emotions promote the thinking
and learning process.’ In the course of his research, Broekens has
developed computer models at the cutting edge between psychology
and computer science. These models should lead to self-learning
systems: from vacuum cleaners to televisions.
Oblique amino acid apparently the secret of photosynthesis
by Anna Diller
‘In order to be able to imitate natural photo systems successfully,
it is more important than ever to resolve and understand the final
mysteries of photosynthesis.’ This is proposition 7 of Anna Diller’s
dissertation. In her PhD research at the Leiden Institute for Chemistry
ENGLISH SUMMARIES
(LIC) she has tried to resolve one of these final enigmas: how can
it be that the protein Complex Photo System II from the photosynthetic
system is such a strong oxidator that it can even split water?
The oblique placement of one single amino acid from the protein
complex in relation to chlorophyll appears to be the solution.
Cannabis as medication
by Arno Hazekamp
A number of the chronically sick benefit from using cannabis.
They can obtain the drug from pharmacies, but coffee shops are
cheaper. However, you can never be sure of exactly what you are
getting. Arno Hazekamp, from the Department of Pharmacognosis
at the Leiden Institute of Biology (IBL), has carried out research on
the quality differences. He has developed a standard method of classifying
cannabis and compared different methods of administering
the drug. He is now traveling the country on a cannabis crusade.
The fun of solving maths problems
by Hermen Jan Hupkes
Always thought maths was a series of well-built structures? That the
people who work in this field are busy focusing on the next floor,
or on building a new wing? Inside it is clean and orderly, with not
even a screw out of place. But in room 211 of the Snellius Building,

no matter how light and comfortable it may be, Herman Jan Hupkes
of the Mathematics Institute is working on a dim and dusky room
which is still in a highly unfinished state. For the last hundred years,
mathematicians have gone out of their way to avoid the place.
Mixed differential equations - the type of maths which haunts this
room – were simply too difficult. Hupkes is a pioneer in this complex
field. He uses his equations to try to understand other fields,
such as economic systems.
Post-natal star systems
by Mariska Kriek
The physics teacher at secondary school did not exactly encourage
Mariska Kriek to take up astronomy as a career. ‘I wouldn’t take
physics if I were you,’ he advised Mariska when she was in the third
year of her pre-university studies. But she decided to ignore his advice,
and achieved a 9 for physics on her final grade list. With effect
from 1st October, this Leiden astronomer has been appointed H.N.
Russell Fellow at Princeton University. Her specialist subject: the
evolution of star systems in the young universe. ‘We were the first to
show that star formation in many star systems had already come to a
standstill when the universe was only 20% of its present age,’ says the
proud Kriek referring to her PhD research at the Leiden Sterrewacht.
Plant distribution mapped using statistics
by Niels Raes
‘I never thought that as an ecologist I would delve so deeply into
statistics,’ says Niels Raes of the Netherlands National Herbarium
(NHN). ‘But I had no choice; I had to.’ As part of his PhD research,
he had the task of mapping the plant biodiversity of Borneo: ‘Where
do the majority of species grow and where are the rare species
found?’ He had to develop a new statistical method in order to be
able to carry out his research. The statistical method which he developed
has a broad range of applications: it can be used to determine
the reliability of plant distribution maps which are compiled in the
basis of incomplete information. In the Netherlands, such maps
could be useful in the protection of rare plant species, for example,
by giving planners of building projects information on where such
plants grow so they can take them into account.
Microamplifier for harsh environments
by Merlijn van Spengen
‘The idea came to me in a flash. Oh yes, I thought, that’s how it’s
meant to be,’ explains Merlijn van Spengen from the Leiden Institute
for Physics Research (LION). This physicist’s classical ‘eureka’ moment
led to the very first micromechanical amplifier of electrical signals,
a miniscule chip element, 0.3 mm long, and just a few micrometres
in height. A patent application has been filed. Several companies
have expressed interest.
Ideal painkiller modelled
by Ashraf Yassen
Morphine and other opiates are the most commonly used painkillers
for post-operative and serious acute or chronic pain. Unfortunately,
they can have serious, sometimes even fatal side-effects. Ashraf Yassen,
at the Leiden/Amsterdam Center for Drug Research (LACDR), has
developed a computer model which can rapidly and precisely predict
the analgesic benefits and the side-effects of new opiates. The pharmaceutical
industry is very interested in such predictive models.
Yassen’s work has already been applied in the clinical environment.
41

42
Voor een echt succesvol leven
Bas Haring
ISBN 978 90 3883 1244
SUGGESTIES
VOOR ONDER DE KERSTBOOM
Waartoe Wetenschap?
Frans Saris
ISBN 978 90 8728 0222
Oud? De duvel is oud!
Paulien Vermunt, Rudi Westendorp,
Jos van den Broek
ISBN 978 90 8571 083 7
Freezing Physics:
Heike Kamerlingh Onnes
and the Quest for Cold
Dirk van Delft
ISBN 978 90 6984 519 7

Colofon
Tekst: Rob Smit, Elisabeth Meulenbroek, Nienke Beintema, Bas den Hond, Govert Schilling, Willy van Strien, Bruno van Wayenburg,
Paul Schilperoord en Marilyn Hedges. Redactie: Anja de Nijs, Sjoerd Verduyn Lunel, Helma Reinders, Ron van Veen. Eindredactie: Jos van
den Broek en Johan Detollenaere Foto’s: Hielco Kuipers. Druk: Drukkerij Groen, Leiden. Oplage: 14.500. Copyright: Faculteit der Wiskunde
en Natuurwetenschappen, Universiteit Leiden, december 2007. Overname van de artikelen is toegestaan met juiste vermelding van de bron.
43

Faculteit der Wiskunde & Natuurwetenschappen
Faculteit W&N
Postbus 9502
2300 RA Leiden
Gorlaeus Laboratoria
Einsteinweg 55
2333 CC Leiden
Tel: 071 527 69 90
Fax: 071 527 69 97
science.leidenuniv.nl