DE OOGST VAN 2007 - Avond van Wetenschap en Maatschappij

De oogst van 2007
Genomineerden voor de Prijs van
Wetenschap & Maatschappij
3

De oogst van 2007
Genomineerden voor de Prijs van
Wetenschap & Maatschappij
5

Jury
Redactie
Vormgeving
Met medewerking
van
6
Dorret Boomsma
Dirk van Delft
Vincent Icke
Frits van Oostrom
Friso van Oranje
Paul Schnabel
Maartje van Weegen
Liesbeth Koenen
Rik Smits
Sanne Basjes - McKinsey & Company
Domien Debruyne - McKinsey & Company
Esther Drukker - McKinsey & Company
Gili Crouwel - O=4

Discreet puzzelen met atomen 8
Universiteit Leiden
Het hart van de binnenvetter 16
Universiteit van Tilburg
De echte werking van een kankerremmend molecuul 24
Technische Universiteit Delft
Toen de Noordelijke IJszee nog warm was 32
Nederlandse organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek
Moleculaire macaroni-spaghetti voor de industrie 40
Technische Universiteit Eindhoven
Griepvirussen en hun gastheren 48
Erasmus Universiteit Rotterdam
Vingerafdrukken van de atmosfeer 56
KNMI
Streepjescode verraadt virusbesmetting 64
Universiteit Twente
7

8
Joost Batenburg
Discreet puzzelen met
atomen
– universiteit Leiden

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 chipfabri-
10
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, bijvoor-
11

eeld alleen het bot in een lichaam.
Het is ook een methode die het ma-
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
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.
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

16
Johan Denollet
Het hart van de
binnenvetter
– Universiteit van Tilburg

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 aange-
20
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

en aandacht nodig hebben daarna.
Cumulative proportion at risk (%)
6%
4%
2%
HR = 5.31 31 * [C I 2.1-13.7]
p = .002
Type D
Non-Type Non Type D
0%
0 m 3 m 6 m 9 months
Type D 254 253 244 242
Non-Type Non Type D 621 620 616 609
Numbers at risk
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 patienten
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).
22
In 2005 haalde
Denollets onderzoek
de cover van het
Amerikaanse
opinieblad Newsweek.

24
Nynke Dekker
De echte werking van een
kankerremmend molecuul
– Technische universiteit Delft

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 stren-
27

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.
28
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.
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 aanknopings punten.
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

32
Henk Brinkhuis
Toen de Noordelijke IJszee
nog warm was
– nederlandse organisatie voor
wetenschappelijk onderzoek (NWO)

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 expe-
34
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.
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
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
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
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
36
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-
vlaktewater. Dat blijkt een betrouwbare
methode. Je kunt dus aan de fossiele
archaea en algen zien hoe warm
het was toen ze leefden.
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 CO 2 -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 omstan-
37

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

40
Bert Meijer
Moleculaire macaronispaghetti
voor de
industrie
– Technische Universiteit Eindhoven

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 macaronispaghetti
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

inden 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
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
De structuur van UPy. Daaronder
het vormen en opbreken van ketens
bij verhitting en afkoeling.
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.
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, 1601-
1604; 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.

48
Ron Fouchier
Griepvirussen en hun
gastheren
– Erasmus universiteit Rotterdam

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-

are 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

ehoren, 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 gene-
52
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

56
Pieternel Levelt
Vingerafdrukken van de
atmosfeer
– KNMI

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 Nederlands-
Finse 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 Nederland-
Finse 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

leek 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.
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
OMI vlak voor montage op de
satelliet. (Bron: TNO)
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
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
(NO 2 ). Met OMI kan voor het eerst
de verdeling van NO 2 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
NO 2 . Op zondag (rechtsonder) is er
minder verkeer en zakt het NO 2 -
peil 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

64
Aurel Ymeti
Streepjescode verraadt
virusbesmetting
– Universiteit twente

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 pluimveebedrijven
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-
68
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.

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