De Oogst van 2008 - Avond van Wetenschap en Maatschappij

1
Genomineerden voor de Prijs van Wetenschap & Maatschappij

Genomineerden voor de Prijs van
Wetenschap & Maatschappij
2 3

Frederik de Vos
Jury
Redactie
Vormgeving
Met medewerking
van
Dorret Boomsma
Dirk van Delft
Vincent Icke
Robbert Dijkgraaf
Friso van Oranje
Paul Schnabel
Maartje van Weegen
Liesbeth Koenen
Rik Smits
Janneke Woortmeijer - McKinsey & Company
Sanne Basjes - McKinsey & Company
Esther Drukker - McKinsey & Company
Moleculaire rek- en strekoefeningen 7
FOM-Instituut AMOLF
(Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek)
Beter slapen door licht en warmte 15
Nederlands Instituut voor Neurowetenschappen
(Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen)
Wind meten vanuit de ruimte 23
KNMI
Genetische pleister voor spierziekte Duchenne 31
Universiteit van Leiden
Licht kan computer tienduizend keer sneller maken 39
Radboud Universiteit Nijmegen
De weg naar een nieuw type antibiotica 45
Nederlands Kanker Instituut/Antonie van Leeuwenhoek ziekenhuis
Röntgenfluorescentie onthult vrouw onder gras 51
Technische Universiteit Delft
4 5

Sander Tans
Sander Tans (1968) studeerde
natuurkunde aan de Technische
Universiteit Delft. Tijdens zijn
promotieonderzoek aan koolstof
nanobuizen, ook in Delft, toonde
hij aan dat bepaalde moleculen
dienst kunnen doen als elektrische
geleiders en transistors. Dat opende
perspectieven op moleculaire
computers. Tijdens zijn postdoctorale
onderzoek aan de University of
California in Berkeley verlegde hij
zijn werkterrein naar de biofysica, en
liet hij voor het eerst zien dat enkele
virussen kracht genereerden. In 2001
startte hij zijn eigen onderzoeksgroep
op het FOM-instituut voor Atoom-
en Molecuulfysica (AMOLF) in
Amsterdam.
Zijn huidige wetenschappelijke
interesses zijn het vouwen van
eiwitten en evolutionaire dynamica.
Hij kijkt met een natuurkundige
bril naar deze biologische
problemen. De centrale vraag is
dan of evolutionaire verschijnselen
net zo voorspelbaar gemaakt
kunnen worden als natuurkundige
fenomenen. In concreto betekent
dat bijvoorbeeld inzoomen op één
enkel eiwit, iets waarbij het optisch
pincet onontbeerlijk is. Maar het
betekent ook proberen grip te
krijgen op factoren die bepalend zijn
voor de evolutie van organismen,
bijvoorbeeld met behulp van
genetische manipulatie. Daarmee
zijn evolutionaire tussenvormen te
construeren, maar ook in levende
bacteriën ingebedde modelsystemen
waarmee evolutionaire druk gemeten
kan worden.
Sander Tans is getrouwd en heeft een
dochter.
6 7

FOM-Instituut AMOLF (NWO)
Hoe chemie en natuurkunde helpen om
de biologie te begrijpen, laat het onderzoek
van Sander Tans naar het vouwen
van eiwitten zien. Eiwitten zijn onmisbaar
bij ongeveer elke denkbare taak
die bij het in stand houden van de cellen
van een organisme komt kijken. Het
zijn enorme moleculen die bestaan uit
een lange keten van soms wel duizenden
aminozuren. Maar om zijn werk te
kunnen doen, moet zo’n sliert aminozuren
ook nog op een bepaalde, complexe
manier zijn opgevouwen tot een
driedimensionale kluwen, die nog het
meest wegheeft van een soort superachtbaan
waar het grootste pretpark
ter wereld alleen maar van kan dromen.
Tegelijkertijd moeten veel eiwitten
tijdens hun leven tijdelijk gestrekt
zijn. Dat geldt bijvoorbeeld voor binnen
de cel gevormde eiwitten die daarbuiten
hun eigenlijke werk moeten doen.
Die moeten door smalle kanalen de celwand
passeren, wat alleen in gestrekte
toestand lukt, en zich daarna opnieuw
in de juiste bochten wringen.
Bij het vouwen verandert de eiwitsliert
successievelijk in een bijna barok stelsel
van spiralen, bogen en knooppunten,
doordat bepaalde punten op het
eiwit bij elkaar gebracht en gehouden
worden door Van der Waals-krachten,
hydrofobe krachten, en verschillen in
elektrische lading. Het luistert nauw.
Foutjes tasten niet alleen maar de
werkzaamheid aan, maar kunnen ook
maken dat eiwitmoleculen aan elkaar
gaan klonteren, met soms verschrikkelijke
gevolgen. Bij de ziekte van Alzheimer
bijvoorbeeld klonteren gevouwen
eiwitten samen tot naaldachtige structuurtjes
die weer de plaques vormen
die het hersenweefsel doen afsterven.
Microscopisch pincet
Dat eiwitten zich correct moeten kunnen
op- en ontvouwen behoeft dus
geen betoog. Maar hoe ze dat precies
doen, was tot voorkort een raadsel,
net als hoe eiwitten ertoe komen om
zich op een verkeerde, destructieve
manier op te vouwen. Daarin heeft de
8 9

groep van Sander Tans op het FOM-Instituut
voor Atoom- en Molecuulfysica
(AMOLF) in samenwerking met onderzoekers
van de Rijksuniversiteit Groningen
enig licht gebracht, met behulp
van hun microscopisch optisch pincet.
Als het om gedrag en structuur van eiwitmoleculen
gaat, meten we met de
gebruikelijke technieken een gemiddelde
van miljarden exemplaren van zo’n
molecuul. Maar omdat eiwitten zich
niet synchroon op- en ontvouwen, komen
we daarover langs die weg niets te
weten. Een extra complicatie is dat het
vouwen wordt beïnvloed door een heel
arsenaal van zogenaamde chaperonnes,
speciale eiwitten die het vouwproces in
goede banen helpen leiden. Maar ook
over hoe dat in zijn werk gaat en wat
nu precies de bijdrage van chaperonnes
is, was maar weinig bekend.
Het optisch pincet van Tans’ groep
hielp het onderzoek op dit lastig toegankelijke
terrein een flinke stap vooruit.
Het is een toestel waarmee twee
minuscule plastic bolletjes met een laserstraal
worden vastgepakt, waarna ze
naar elkaar toe of van elkaar af bewogen
kunnen worden. Tussen die bolletjes,
bedacht men, zou je een enkel eiwitmolecuul
kunnen hangen. Dat lukte
inderdaad toen men middels genetische
manipulatie de uiteinden van het bacteriële
eiwit MBP kleverig wist te maken.
In het pincet kon Tans’ groep zo’n opgevouwen
MBP-molecuul langzaam uit
elkaar trekken, zodat bestudeerd kon
worden hoe het precies uiteenrafelde.
Daarna kreeg, door de teugels weer te
laten vieren, het eiwit de kans zich opnieuw
op de juiste manier op te vouwen.
Dat bleek het bij ongewijzigde omstandigheden
ook inderdaad te doen.
Bij het uiteenrafelen bleek zo’n eiwit
zich wel enigszins te gedragen als
kauwgom dat onder een schoenzool
vandaan getrokken wordt: eerst loopt
de spanning op, tot plotseling een binding
breekt en de spanning wegvalt.
Bij het kauwgom breekt er dan een
draad, bij het eiwit betekent het dat
er een vouw loskomt. Het eiwit wordt
Linksboven is een eiwitmolecuul
ingespannen tussen de bolletjes van
het pincet, het rode kruis geeft de
laserbundel weer. Daaronder geeft de
blauwe lijn het verloop van de spanning
in het molecuul weer (x-as) bij toenemende
uitrekking (y-as). Bij (2) valt de
spanning plotseling terug, een teken
dat er een binding verbroken is. Rechtsboven
het molecuul in volledig gevouwen,
bedrijfsklare toestand, daaronder
gedeeltelijk en geheel ontvouwen.
dus schoksgewijs langer, de spanning
erin neemt tegelijkertijd schoksgewijs
af, om daarna door verder aantrekken
met het pincet weer langzaam op te
lopen. Door nu heel precies de lengte
van het molecuul en de spanning te meten,
werd veel duidelijk over het verloop
van het ontrafelingsproces, ofwel
welke bindingen op welk moment en in
welke volgorde braken.
Chaperonnes
De onderzoekers waren vooral nieuwsgierig
naar de rol van chaperonnes. Het
door hen bestudeerde chaperonneeiwit
SecB bleek een wel heel radicaal
effect te hebben op het in het pincet
gespannen eiwit. Wanneer die chaperonne
voor het loslaten van het pincet
bij het ontvouwen eiwit werd toegelaten,
bleek het zich er zo aan te binden
dat niet alleen samenklontering met
andere eiwitexemplaren onmogelijk
werd, maar ook het complete vouwproces.
De chaperonne zet het eiwit
als het ware klemvast door bepaalde
vouwbewegingen te blokkeren, zoals
een wig een scharnier kan blokkeren.
Wanneer na verloop van tijd de chaperonne
weer loslaat, komt het vouwproces
alsnog op de juiste wijze op gang.
De door Tans en de zijnen ontwikkelde
methode is toepasbaar op een breed
scala van eiwitten en chaperonnes. Dat
opent de weg naar beantwoording van
allerlei vragen over de principes van ontstaan
en vergaan van bindingen tussen en
binnen moleculen, processen die aan de
fundamenten van het leven raken. Uiteindelijk
kunnen daaruit belangrijke toevoegingen
voortkomen aan onze medische
kennis en kunde. Sommige chaperonnes
gebruiken bijvoorbeeld energie, reden
om te vermoeden dat ze het vouwproces
actief stimuleren en samenklontering van
eiwitten tegengaan of zelfs achteraf terugdraaien.
Meer inzicht daarin betekent
meer inzicht in het ontstaan van allerlei
neurologische aandoeningen als Alzheimer
en BSE, de gekke-koeienziekte, en
ook in eventuele mogelijkheden van behandeling
daarvan.
Op de gemeten gegevens en computersimulatie
gebaseerde impressie van
een ontvouwen eiwit (transparant met
blauw) dat aan een chaperonne (geel)
gebonden is, die opvouwen belet. Zo
kan het eiwit de celwand, boven in
blauw en bruin, passeren (Copyright
2007 Sander Tans & Graham Johnson)
10 11

Het onderzoek van Tans is in 2007 gepubliceerd
in Science 318, 1458-61, als
Philip Bechtluft e.a.: Direct observation of
chaperone-induced changes in a protein
folding pathway.
12 13

Fotograaf: marcelbakker.com
Eus van Someren
Eus van Someren (1960) heeft
een ware passie voor slaap, dat
wil zeggen: voor de processen in
de hersenen die slaap reguleren.
Hij studeerde psychofysiologie.
Voor zijn – met een cum laude
gehonoreerde – promotieonderzoek
naar de ziektes van Alzheimer en
Parkinson ontwikkelde hij onder
meer een inmiddels gepatenteerd
‘tremorhorloge’ voor Parkinsonpatiënten,
dat ernst, frequentie en
duur van het beven registreert en zo
helpt bij de juiste medicijnendosering.
Met het doel om neurowetenschappelijk
onderzoek naar slaap
in Nederland op de wereldkaart
te zetten heeft hij sinds zijn
promotie in 1997 3.578.000 euro
aan onderzoeksgelden verworven.
Hij heeft in Amsterdam een eigen
multidisciplinaire onderzoeksgroep
opgebouwd bij het Nederlands
Instituut voor Neurowetenschappen
(NIN) van de Koninklijke Nederlandse
Akademie van Wetenschappen.
Afgelopen december kreeg hij
van NWO de prestigieuze VICIsubsidie
voor voortzetting van zijn
slapeloosheidsonderzoek en het
opzetten van een database, het
Nederlands Slaap Register.
Van Somerens werk staat hoog
aangeschreven. Zo ontving hij in 2006
van de European Sleep Research
Society de tweejaarlijkse prijs voor
origineel onderzoek. Maar hij draagt
zijn kennis ook graag uit. Bijvoorbeeld
tijdens Het Grote Slaapexperiment,
dat hij enkele jaren geleden samen
met schoolkinderen uitvoerde en
dat zelfs het Journaal haalde. Hij liet
kinderen ervaren dat wetenschap
leuk en spannend is, en gewoon deel
uitmaakt van de maatschappij.
Eus van Someren heeft nog een
heel andere passie, die hem vele
jaren een dubbelleven liet leiden:
popmuziek. Hij was vanaf 1988 tot
de band in 2002 werd opgeheven
gitarist in The Scene (lijflied: Iedereen
is van de wereld). De groei van zijn
team, de komst van zijn jongste
zoon en de ontdekking van de
aantrekkelijkheid van het bijbehorende
burgermansbestaan, hebben hem tot
nu toe weerhouden van het zoeken
naar een nieuwe rockband.
14 15

Nederlands Instituut voor Neurowetenschappen (KNAW)
Als dementerende ouderen ’s nachts
beginnen te ‘spoken’, luidt dat vaak
het eind in van de periode dat ze nog
thuis kunnen wonen. Het is een van
de belangrijkste redenen dat mantelzorgers
afhaken en dat opname in een
verpleeghuis noodzakelijk wordt. De
bestaande medicijnen tegen die nachtelijke
onrust zijn niet erg effectief en
hebben veel bijwerkingen. Neuropsycholoog
Eus van Someren zoekt elders
naar oplossingen: hij probeert de
onderliggende mechanismen van slaap
en slaapstoornissen te doorgronden,
en richt zich op de evolutionair gezien
oudste omgevingsinvloeden op de zich
ontwikkelende 24-uurs ritmen in fysiologie
en gedrag: licht en temperatuur.
Beide hebben een sterke invloed op de
slaap-waakregelcentra in de hersenen.
Licht werkt in op de biologische klok,
die ongeveer een millimeter groot is en
zich bevindt in de zogeheten suprachiasmatische
kern – een gebiedje middenin
de hersenen, net boven de plek
waar de twee banen met oogzenuwen
elkaar kruisen. Temperatuur heeft een
sterke invloed op het nabij in de hypothalamus
gelegen preoptisch gebied, en
dat is essentieel voor slaap.
Bij nogal wat dementerende ouderen
raakt de biologische klok ontregeld,
wat zou kunnen bijdragen aan de voor
dementie zo typerende stoornissen van
geheugen, oriëntatie en concentratie.
Nachtelijke onrust
Dat waren een paar van de uitgangspunten
voor Van Someren om, ondanks
de scepsis van meer farmacologisch georiënteerde
clinici, een multicenter randomized
clinical trial uit te voeren met
licht. Hij besteedde met zijn onderzoeksgroep
bijna tien jaar aan het soms
wel drie en een half jaar lang behandelen
en volgen van tweehonderd demente
ouderen. De onderzoeksresultaten,
onlangs gepubliceerd in het tijdschrift
JAMA, zijn opmerkelijk en hebben grote
maatschappelijke consequenties.
16 17

Foto: Hans van den Boogaard
Het bleek dat een vermeerdering van
de omgevingsverlichting bij demente
ouderen leidt tot beter functionerende
regelsystemen in de hypothalamus.
Dat leidde tot een afname van nachtelijke
onrust met negen procent per
jaar. Cognitieve stoornissen verminderden
met vijf procent, depressieve
symptomen met negentien procent en
het functioneren in activiteiten van het
dagelijks leven ging maar liefst 53 procent
minder snel achteruit. Effecten die
zich zonder meer kunnen meten met
de effecten van individuele behandeling
met medicijnen, terwijl de daarmee gepaard
gaande bijwerkingen ontbreken.
Sterker nog: het aantal gezondheidsklachten
nam af.
Deze resultaten banen de weg voor
de toepassing van verlichting van hoge
intensiteit in zorgcentra voor ouderen.
Het is een relatief goedkope maatregel,
die kan leiden tot een verbetering van
de kwaliteit van leven voor veel ouderen,
en tegelijk tot een vermindering
van de zorglast voor veel verzorgers.
Pyjama met buisjes
Maar Eus van Someren lanceerde ook
de hypothese dat de huidtemperatuur
van invloed is op de neuronale activiteit
in hersengebieden die van belang
zijn bij de regulatie van slaap en alertheid.
Dit terwijl de gangbare visie was
dat slaap juist de huidtemperatuur beinvloedt,
en dat de kerntemperatuur,
dus hoe warm of koud iemand van binnen
is, het belangrijkste is voor slaap.
Maar een minimale wijziging van de
huidtemperatuur blijkt inderdaad een
groot effect op slaap te hebben. De bevindingen
van Van Somerens team zijn
in april 2008 gepubliceerd in het gerenommeerde
tijdschrift Brain.
Foto: Hans van den Boogaard
Voor het onderzoek werd een experimentele
opstelling gebouwd. Flexibele
holle buisjes werden in een pyjama geweven
en aangesloten op een systeem
dat water van een gecontroleerde temperatuur
door de buisjes pompt. Tijdens
een gedeelte van de nachten werd
de huidtemperatuur op 35 graden Celsius
gehouden, een normale huidtemperatuur
als iemand slaapt. Gedurende
andere delen van de nachten werd de
huid 0,4 graden verwarmd. Die op het
oog geringe verandering bleek grote
consequenties te hebben voor de slaap:
deelnemers sliepen dieper en werden
minder vaak wakker.
Vooral bij oudere deelnemers waren
de effecten opmerkelijk. Veel ouderen
worden vroeger wakker dan ze willen.
In dit onderzoek was de kans dat
een oudere deelnemer om zes uur ’s
ochtends wakker was 58 procent. Met
milde huidverwarming nam die kans
drastisch af, tot nog maar vier procent.
Vooral voor ouderen lijkt een substantiële
verbetering van slaapkwaliteit en
-kwantiteit dus mogelijk. Ook voor de
behandeling van slaap- en waakstoornissen
bij patiënten met de slaapziekte
narcolepsie is deze techniek veelbelovend.
Grijze stof
In de afgelopen jaren heeft Van Someren
met zijn groep ook wereldwijd als
eerste het initiatief genomen om met
behulp van brain imaging technieken
(MRI) de functionele en structurele
veranderingen in kaart te brengen in
de hersenen van mensen die lijden aan
slapeloosheid. Dat leverde al een aantal
opvallende bevindingen op. Chronisch
slechte slapers presteren op cognitieve
taken als plaatjes onthouden en woorden
verzinnen weliswaar even goed
als goede slapers, maar hun hersenen
moeten daarvoor alle zeilen bijzetten.
Goede slapers activeren gebieden in
het brein die goed zijn toegerust voor
de taak. Slechte slapers doen dit minder,
en zetten ter compensatie andere
gebieden in. Ook lijken ze in het voorste,
prefrontale deel van de hersenen
minder grijze stof te hebben. Deze
bevindingen vormden de opmaat voor
het nu te starten Nationaal Slaap Register
(info@slaapregister.nl), een database
waarin de slaapgegevens van tienduizenden
vrijwilligers verzameld gaan
worden om tot een nieuwe classificatie
te komen van verstoorde slaap en de
bijbehorende hersenmechanismen.
Eus van Someren tijdens Het Grote
Slaapexperiment, dat hij samen met
scholieren uitvoerde.
18 19

Dat de maatschappij veel baat kan hebben
bij Van Somerens onderzoek is
zonneklaar. Een op de tien Nederlanders
heeft chronisch problemen met
slapen. Het is de meest voorkomende
psychologische stoornis, en bovendien
een van de belangrijkste risicofactoren
voor depressies. Met een bevolking
die steeds maar ouder wordt, neemt
het aantal dementerenden ook zeer
gestaag toe. Als zij met behulp van de
relatief simpele en goedkope middelen
licht en warmte beter kunnen functioneren
op allerlei terreinen, levert dat
grote winst op.
Over al dit onderzoek werd in 2008 onder
meer gepubliceerd in Jama (299:2642-55);
Brain (131:500-13) en Sleep (31:1271-6).
20 21

Ad Stoffelen
Ad Stoffelen (1962) groeide op in
het Brabantse Alphen, een dorp
ten zuiden van Tilburg. Sinds
zijn afstuderen in 1987 aan de
Technische Universiteit Eindhoven
in de technische natuurkunde is hij
verbonden aan het KNMI. Zijn werk
aan satellietwindmetingen op het
European Centre for Medium-range
Weather Forecasts (ECMWF) in
Reading, Engeland tussen 1990 en
1994 leidde uiteindelijk in 1998 tot zijn
promotie in de meteorologie. Maar al
sinds 1992 is Stoffelen vooral op zoek
naar de heilige graal op het gebied van
weersvoorspellingen: het meten van
windprofielen vanuit de ruimte.
Tegenwoordig is hij op het KNMI
onder meer verantwoordelijk voor de
windwaarnemingen van het ASCATinstrument
op de Europese MetOpsatelliet.
Hij leidt een gedreven
groep onderzoekers op het gebied
van satellietwindwaarnemingen met
radar- en lidartechnieken en bouwt
aan samenwerking met zowel de
vliegende Amerikaanse hurricane
hunters als met Indiase meteorologen
die hun metingen bruikbaar willen
maken voor de internationale
meteorologische gemeenschap.
Stoffelen geeft regelmatig
publiekslezingen. Na zeven
verhuizingen woont hij met vrouw
en vier opgroeiende kinderen weer
in zijn geboorteplaats, waar hij graag
mag voetballen, hardlopen en klussen
in en om het huis en geregeld een
bioscoopje pakt.
22 23

24 25
KNMI
Nog niet zo heel lang geleden was het
al mooi als het weerbericht in grote
lijnen aangaf of het morgen al dan niet
droog zou blijven. Maar het kon vriezen
en dooien, zeker op termijnen langer
dan een dag. Daar is enorm veel in
verbeterd. Tegenwoordig vinden we
het heel normaal dat de weerman wel
een week vooruitkijkt, en daarbij ook
nog betrouwbaarder en nauwkeuriger
is. Nog maar zelden hoor je het klassieke
“hier en daar een bui”. Een van
degenen die daaraan een flinke bijdrage
leveren, is Ad Stoffelen.
Onontbeerlijk voor goede weersverwachtingen
voor Nederland zijn
waarnemingen van wat er zich op de
Atlantische Oceaan afspeelt. De gebeurtenissen
daar doen zich een paar
etmalen later bij ons voelen, vooral
bij westenwind, wanneer de kans
op storm en hoge waterstanden het
grootst is. Vroeger werd er maar weinig
gemeten, iets waar de komst van
satellieten enorm veel aan verbeterd
heeft. Maar perfect is het systeem nog
lang niet, vooral omdat het nog schort
aan waarnemingen van de wind. Dat
gemis doet zich steeds sterker voelen
naarmate men op kleinere schaal wil
kijken. Met het Doppler Wind Lidar
instrument (DWL) van de Aeolus satellietmissie
lukt het Stoffelen om een
heel eind in die lacune te voorzien. Een
DWL kan vanuit de ruimte atmosferische
windprofielen meten, met behulp
waarvan bijvoorbeeld veel beter de
kans op zware stormen kan worden ingeschat
en tijdig waarschuwingen kunnen
worden uitgegeven.
Scatterometrie
Het begon al lang geleden met Stoffelens
werk aan scatterometers, instrumenten
waarmee boven zee windkracht
en -richting aan het wateroppervlak
gemeten kan worden. Dat berust, zoals
de naam van het apparaat al suggereert,
op meten hoe radarsignalen
door oppervlaktegolfjes verstrooid
worden. Aanvankelijk deed men dit

vanuit vliegtuigen, maar vanaf ongeveer
1990 worden daar satellieten bij ingezet.
In de begintijd leverde Stoffelen
een cruciale bijdrage met het algoritme
CMOD, waarmee uit de radarreflectiegegevens
een goed beeld van de kracht
en richting van de wind kon worden
afgeleid. Bovendien ontwikkelde hij
een methode waarmee een en ander
verwerkt kon worden in het weermodel
dat het overkoepelende Europese
weercentrum ECMWF destijds
hanteerde. Hierdoor werden voor het
eerst tropische orkanen tot vijf dagen
vooruit redelijk nauwkeurig voorspeld.
Op het gebied van scatterometrie
bouwde Stoffelen daarna bij het KNMI
een wereldwijd toonaangevende groep
op, die samenwerkt met bijvoorbeeld
de Europese meteorologische satellietorganisatie
EUMETSAT en de Amerikaanse
tegenhanger daarvan, NOAA.
Rechts staan scatterometerbevindingen
in een orkaan, die aantonen dat
de modelverwachting links in grote
lijnen wel klopt, maar het paarse
gebied met de sterkste winden onjuist
weergeeft.
Hoewel we met scatterometrie nu zover
zijn dat het oppervlak van alle oceanen
minstens een keer per dag bemeten
wordt, wat een schat aan gegevens
oplevert, is dat toch niet voldoende.
De beschrijving van wat er boven zee
gebeurt, blijft letterlijk oppervlakkig,
omdat scatterometers alleen zichtbaar
maken wat er aan en vlak boven
het wateroppervlak gebeurt. Voor een
werkelijk goed beeld van hoe weersystemen
zich ontwikkelen en voor werkelijk
goede verwachtingen op basis
van die kennis, wil je op allerlei hoogten
in de atmosfeer kunnen meten.
Van de drie bepalende factoren wind,
temperatuur en druk was de eerste lang
van minder belang. De grote lijnen van
grootschalige weersystemen zijn ook
aan de hand van alleen gegevens over
temperatuur en druk goed te schetsen.
Naarmate de modellen krachtiger en de
technieken beter werden, veranderde
dat. Steeds gedetailleerder weersanalyses
en verwachtingen kwamen in principe
binnen bereik, maar naarmate de
schaal van een en ander kleiner werd,
bleek de mate waarin wind bepalend
was, te groeien. Boven land was dat
geen probleem. Met radiosondes, de
meetsetjes die hangen aan de bekende
weerballonnen, meet men profielen
van wind, warmte en luchtvochtigheid
door de hele atmosfeer heen. Maar boven
zee lag het anders. Met satellieten
waren wel redelijke temperatuur- en
vochtprofielen te maken, maar de wind
De grote lijnen van de weersontwikkeling
hangen vooral af van temperatuur
en druk. Maar naarmate de schaal
lokaler wordt, neemt de betekenis van
de wind toe. Dat geldt ook voor de
hoogte (op de Y-as): hoe lager bij de
grond, hoe bepalender de wind is voor
het weerbeeld.
liet zich lastiger in kaart brengen. Weliswaar
leverde scatterometrie een goed
beeld van hoe de vlag erbij staat aan het
wateroppervlak, en gaven satellietbeelden
van wolken een glimp prijs van de
toestand op betrekkelijk grote hoogte,
maar Stoffelen realiseerde zich dat de
mogelijkheden daarvan toch veel te beperkt
zijn.
Laserlichtpuls
Hij zocht naar een alternatief, een manier
om op allerlei hoogten wind boven
water te kunnen meten, en vond het
Doppler Wind Lidar instrument (DWL).
Dat instrument zendt een laserlichtpuls
uit en meet de door luchtstromingen
veroorzaakte Dopplerverschuiving van
het licht dat wordt teruggekaatst. Dat
licht kaatst terug van zowel grotere
deeltjes in de atmosfeer, zoals vochtdruppeltjes
in wolken, als van deeltjes
op moleculaire schaal. Voor de technici:
respectievelijk Mie-scattering en
Rayleigh-scattering. Dat laatste maakt
het mogelijk om ook in onbewolkte
omgevingen te meten.
Stoffelen heeft zich met succes sterk
gemaakt voor een satelliet met een
DWL, en bereikte in 1999 dat de
ADM-Aeolus missie werd geselecteerd
als een van de missies in het ESA Earth
Explorer programma. Daar is hij sindsdien
met zijn groep op alle belangrijke
gebieden nauw bij betrokken gebleven,
en in 2010 zal het zover zijn dat de satelliet
wordt gelanceerd.
Het DWL-instrument zendt een bundel
laserlicht uit en meet de Dopplerverschuiving
van het teruggekaatste
signaal als functie van de tijd.
26 27

In die tussentijd heeft Stoffelen al veel
gedaan om de meerwaarde van het instrument
aan te tonen, om zo de toekomst
ervan te verzekeren na ADM-
Aeolus. De invloed van een nieuw
meetsysteem op modelverwachtingen
kun je inschatten door een modelsysteem
als quasi-werkelijkheid te gebruiken.
Aan die gesimuleerde werkelijkheid
ontleen je waarnemingen, die je
verwerkt in een ander modelsysteem,
waarvan het te testen meetsysteem de
ene keer wel, en een tweede keer geen
deel uitmaakt. Het verschil in uitkomsten
geeft een indruk van de betekenis
van het nieuwe meetsysteem. Stoffelen
ontwikkelde een manier waarbij
gesimuleerde waarnemingen voor dit
doel gecombineerd konden worden
met bestaande, echte waarnemingen,
en dan ook nog eens met betrekking
tot extreem weer – de situaties waarin
weersverwachtingen hun allergrootste
belang hebben. Het bleek dat met de
Simulatie van de tweedaagse verwachting
voor de kerststorm van 1999. Als
er toen een DWL was geweest (rechts)
had men op dat moment al een veel
grotere kans op harde windstoten kunnen
constateren dan zonder het geval
was (links).
satelliet met DWL bijvoorbeeld de verwoestende
decemberstorm van 1999
met drie keer zo grote nauwkeurigheid
had kunnen worden voorspeld. Dat is
precies het soort verbeteringen waar
de Nederlandse Taskforce Management
Overstromingen (TMO) op zit te
wachten.
Meer over het onderzoek van Stoffelen
en zijn groep is te vinden in onder
meer A. Stoffelen and L. Isaksen, ERS-
Scatterometer Wind Data Impact on
ECMWF’s Tropical Cyclone Forecasts, in
IEEE Transactions on Geoscience and
Remote Sensing 38, 1885-1892, 2000;
A. Stoffelen, e.a., The Atmospheric Dynamics
Mission for Global Wind Field Measurement,
in Bulletin of the American
Meteorological Society 86, 73-87, 2005
en in G.J. Marseille, A. Stoffelen e.a. A
cycled sensistivity observing system experiment
on simulated Doppler wind lidar
data during the 1999 Christmas storm in
Tellus A 60, 249-260, 2008.
28 29

Gertjan van Ommen
Gertjan van Ommen (1947) vatte
tijdens zijn studie scheikunde
in Amsterdam belangstelling op
voor het DNA-onderzoek. Na
zijn promotie in de moleculaire
biologie (bij prof. Piet Borst) ging
hij het biomedisch onderzoek in
bij de kindergeneeskunde in het
Binnengasthuis. Later verhuisde hij
mee naar het toen gloednieuwe
AMC. Zijn onderzoek, gericht op
een erfelijke schildklierstoornis,
leidde in 1981 tot de ontdekking en
kartering van het thyreoglobulinegen,
met de toen ongehoorde lengte
van 340 duizend basenparen. In 1983
maakte hij vanwege zijn interesse
voor nieuwe onderzoekstechnieken
voor de studie van erfelijke ziekten
de overstap naar het onderzoek van
Duchenne spierdystrofie bij de Leidse
vakgroep Anthropogenetica, later
Humane Genetica, waar hij sinds 1991
afdelingshoofd is.
Zijn hoofdinteresse is neuromusculaire
en neurodegeneratieve ziekten,
met als speerpunten Duchenne
spierdystrofie en de ziekte van
Huntington. Daarnaast is hij zeer
actief in het genoomonderzoek en
de technologieontwikkeling. Hij
is voorzitter geweest van HUGO
(Human Genome Organisation),
en van de ESHG, de European
Society for Human Genetics. Nu
leidt hij het CMSB, het Center for
Medical Systems Biology, een van de
biomedisch georiënteerde centra van
het Nederlands Genoom Initiatief.
Behalve voor de wetenschap heeft
hij altijd belangstelling gehad voor
publiekscommunicatie: van 1968-
1975 was hij poprecensent van het
dagblad de Tijd en in 1984 heeft hij
een publieksboek geschreven over het
gebruik van de toen opkomende IBM
PC (Toets naar de Toekomst, oplage
35.000). Hij is een veelgevraagd
spreker, en sinds 2005 organiseert
hij samen met de medische website
Care4Cure en de Rode Hoed een
wetenschapscafé in de Rode Hoed
in Amsterdam. Zijn hobby is feitelijk
zijn beroep: het stimuleren van
vernieuwend onderzoek door het
leggen van dwarsverbanden tussen
verschillende disciplines.
30 31

Universiteit van Leiden
Een op de 3500 à 4000 jongetjes die
worden geboren, heeft een mutatie op
het X-chromosoom die al in de kindertijd
een ernstige, uiteindelijk fatale spierziekte
veroorzaakt: Duchenne spierdystrofie.
Patiëntjes verliezen steeds meer
spierkracht, en komen voor hun twaalfde
in een rolstoel terecht. Omdat ook
hun ademhalingsspieren achteruitgaan,
is op den duur permanente beademing
nodig. Hoewel in de afgelopen decennia
de zorg voor Duchennepatiënten
vooruit gegaan is, onder meer door
toediening van corticosteroïden en
het mogelijk worden van thuisbeademing,
zijn de meeste toch nog steeds
niet ouder dan 25 à 30 jaar wanneer ze
overlijden aan ademhalingsproblemen
en hartfalen. Gemiddeld worden in Nederland
per jaar 24 jongetjes geboren
met Duchenne spierdystrofie. Meestal
wordt de diagnose gesteld als ze tussen
de twee en vijf jaar oud zijn en in totaal
leven er in Nederland zo’n vijfhonderd
patiënten, van wie een kleine veertig
procent ouder dan twintig is.
Gertjan van Ommen en zijn groep houden
zich al een kwart eeuw bezig met
deze tot dusver onbehandelbare ziekte,
en ontwikkelden onderweg onder
meer als eersten ter wereld DNA-diagnostiek.
Dat was tussen 1983 en 1985.
Sindsdien is bij ongeveer 450 jongens de
diagnose Duchenne spierdystrofie gesteld,
en daarnaast heeft men bij 5500
vrouwen bij wie Duchenne voorkomt
in de familie onrust kunnen wegnemen
door draagsterdiagnostiek.
Vier patiënten
Maar onlangs is er een nog grotere
stap voorwaarts gezet. Er is een veelbelovende
therapie tegen Duchenne
ontwikkeld. Samen met het Leidse biotechbedrijf
Prosensa leverde de groep
van Van Ommen de eerste klinische
proof of principle ter wereld, waarbij
vier patiënten met succes lokaal behandeld
werden. Dat heeft tot zeer
veel aandacht geleid in zowel de wetenschappelijke
wereld als in de media.
Ouders van Duchennepatiënten waren
32 33

ongelooflijk enthousiast. De gebruikte
methode kan bovendien mogelijk als
model dienen voor andere ziekten die
een soortgelijke genetische achtergrond
hebben.
Ook die achtergrond is grotendeels
door Van Ommen en zijn medewerkers
ontraadseld. De extreme spierzwakte
bij Duchennepatiënten ontstaat
doordat de spieren niet in staat zijn het
eiwit dystrofine aan te maken. Dat eiwit
heeft namelijk een belangrijke functie
voor de stabiliteit van het spiermembraan.
De ziekte is het gevolg van een
fout bij het aflezen van het Duchennegen,
waarvan Van Ommen de eerste
kaart heeft opgesteld. Het bleek het
grootste gen van het humane genoom.
Het heeft een lengte van 2,5 miljoen
basenparen – meer dan een procent
van het hele X-chromosoom. Omdat
het acht start- en stopplaatsen heeft
en is opgebouwd uit 79 delen, exons
genoemd, is het ook een van de meest
complexe genen.
Afplakken
Die exons vormen de sleutel voor de
aanpak van Duchenne. Eenvoudig gezegd
komt het erop neer dat het de
onderzoekers gelukt is stukjes gen die
defect zijn ‘af te plakken’. Exon-skipping
is de technische term voor deze genetische
‘pleister’. De correctie van de expressie
van het Duchenne-gen gebeurt
met behulp van kleine stukjes antisense
RNA. Ze veranderen het uitlezen van
de code voor dystrofine, waardoor alsnog
een grotendeels functioneel dystrofine-eiwit
aangemaakt wordt. Voor
verschillende mutaties van het gen zijn
verschillende antisense-geneesmiddelen.
Het eerste middel dat nu samen
met Prosensa klinisch getest is, heet
PRO051. Het kan een groep mutaties
behandelen en zal geschikt zijn voor
dertien procent van de Duchennepatiënten.
Maar hiermee heeft Van Ommen
tevens de weg geopend voor het
op termijn behandelen van niet minder
dan zeventig procent van alle Duchenne-mutaties.
De resultaten van de pilotstudie met
het op RNA gebaseerde geneesmiddel
werden in december 2007 (door
Van Deutekom et al.) gepubliceerd in
de New England Journal of Medicine.
Door een stukje gen af te plakken gaat
de spierziekte Duchenne sterk lijken
op de veel minder ernstige spierziekte
Becker. Er wordt weer dystrofine aangemaakt,
het eiwit dat je nodig hebt voor
stabiele spiermembranen.
Vier patiënten – jongens tussen de tien
en dertien jaar oud, met verschillende
mutaties – kregen een injectie met
PRO051. Het middel werd lokaal toegediend,
in een spier in het onderbeen.
Vier weken later werd daaruit een biopt
genomen. De meeste spiervezels
in het behandelde stukje spier lieten na
slechts die ene injectie nieuwe aanmaak
van dystrofine zien. Bij drie van de vier
patiënten ging het om meer dan dertig
procent, bij de vierde werd zeventien
procent aangetroffen. En een dystrofineniveau
van ongeveer dertig procent
moet volgens recent onderzoek genoeg
zijn voor een goede spierfunctie.
Echte doorbraak
Aan deze echte doorbraak is acht jaar
voorbereidend werk voorafgegaan. En
nu een eerste bewijs voor het werkingsmechanisme
gevonden is bij maar
liefst alle vier de proefpersonen, kan de
volgende stap gezet worden. Het Leidse
team voert nu samen met Belgische
en Zweedse collega’s onder leiding van
Prosensa een vervolgonderzoek uit
dat duidelijk moet maken of PRO051
ook werkzaam en veilig is wanneer
het niet lokaal, maar systemisch wordt
toegediend, zodat alle spieren van een
patiënt weer het dystrofine-eiwit kunnen
gaan aanmaken. Inmiddels zijn
overigens ook een aantal belangrijke
octrooien toegekend.
Als deze benadering inderdaad succesvol
blijkt, dan gaat de ziekte van
Duchenne lijken op een andere spierziekte:
die van Becker. Bij de ziekte van
Becker manifesteert de spierzwakte
zich op latere leeftijd. Hoewel het incidenteel
voorkomt dat Beckerpatiënten
ernstig invalide worden, komen de
meesten niet of pas veel later in een
rolstoel terecht. Er zijn er die alleen
maar spierkrampen hebben, of milde
beperkingen bij lichamelijke inspanning,
en bijna allemaal bereiken ze een normale
leeftijd.
Dat zou voor alle Duchennepatiënten
en hun omgeving natuurlijk zeer verstrekkende
gevolgen hebben. Maar
ook voor andere ziektes ligt de maatschappelijke
toepassing van genomics
in het verschiet. Zowel als het gaat om
diagnose en behandeling als om preventie.
Het Duchennemedicijn is een
treffend voorbeeld van translationeel
onderzoek, waarbij de uitkomsten van
moleculair biologisch onderzoek worden
vertaald naar de klinische praktijk.
Het kan in de woorden van prof.
34 35

Eric Hoffman van de universiteit van
Pittsburgh – de onderzoeker die in
1987 dystrofine aanwees als het ontbrekende
eiwit bij Duchenne spierdystrofie
– zelfs het tijdperk inluiden van
de gepersonaliseerde moleculaire geneeskunde.
Over het onderzoek van Van Ommen
werd onder meer gepubliceerd in 2007
in de New England Journal of Medicine
(357(26):2677-86), en in 2008 in Proteomics
(8(8):1552-63) en de Journal
of Biological Chemistry (283(9):5899-
907)
36 37

Theo Rasing
Natuurkundige Theo Rasing (1953)
promoveerde in 1982 cum laude
op het proefschrift Experimental
investigation of 4-dimensional
superspace crystals, waarna hij met
een IBM-beurs vertrok naar UC
Berkeley. Na een tweede postdocperiode
bij het Lawrence Berkeley
Laboratory werd hij in 1986 Staff
Scientist en programmaleider
Instrumentation for Surface Science.
Hij ontwikkelde nieuwe niet-lineaire
optische methoden om moleculaire
monolagen – lagen van één molecuul
dik – te onderzoeken. In 1988 keerde
hij terug naar Nijmegen, eerst als
Universitair hoofddocent en sinds
1997 als hoogleraar experimentele
vaste-stoffysica. In 2007 ontving hij
de Fysicaprijs van de Nederlandse
Natuurkundige Vereniging, terwijl hij
dit jaar een van de ontvangers van de
Spinozapremie is.
Rasings onderzoeksgroep
Spectroscopie van vaste stoffen en
grensvlakken legt zich toe op het
bestuderen van de relatie tussen
structuur en eigenschappen van
nanoscopische en moleculaire
materialen. De nadruk ligt op
fenomenen die zich afspelen op zeer
kleine lengte- en extreem korte
tijdschalen: nanometers (0,000000001
meter) en femtoseconden (een
biljardste deel van een miljoenste
seconde). Daartoe worden vaak
nieuwe experimentele methoden
ontwikkeld. Bijvoorbeeld magnetisch
opgewekte extreem gevoelige
polarisatiemetingen binnen een
tijdsbestek van femtoseconden. De
groep heeft recentelijk aangetoond dat
met deze methoden eigenschappen
niet alleen bestudeerd, maar ook
gemanipuleerd kunnen worden, wat
een geheel nieuw onderzoeks- en
toepassingsgebied open legt.
Theo Rasing is getrouwd met de
Amerikaanse Maria Rasing-Leary
en heeft twee dochters, Layla (23)
en Mira (15). Zijn spaarzame vrije
tijd besteedt hij graag aan wandelen
en hardlopen, het liefste met zijn
Siberische husky Tara. Hij is een
liefhebber van muziek, variërend van
Keith Richards tot Keith Jarrett, en hij
danst graag.
38 39

Radboud Universiteit Nijmegen
Elke twee jaar opnieuw blijkt de Wet
van Moore nog altijd op te gaan. Dan
is alweer het aantal schakelingen op
een computerchip verdubbeld omdat
de technologie zo hard vooruitgegaan
is. Gordon Moore, die één van de oprichters
van chipfabrikant Intel is, formuleerde
de eerste versie van zijn wet
al in 1965, toen het nog om enkele
transistoren ging. Daarna werden chips
kleiner en kleiner met intussen meer en
meer rekenapaciteit per oppervlakte.
Hetzelfde gebeurt met de opslag van
informatie die in steeds kleinere magnetische
bits wordt weggeschreven.
Hebben we het nu nog over gigabits,
de industrie praat al over hoe straks
terabits te bereiken.
Maar er is ook de factor tijd. Wie informatie
opslaat, zet bits om. Schakelaars
zijn aan of uit, (nul of een), en
vormen daarmee samen patronen die
we kunnen interpreteren. Dat is het
principe waarop elke computer werkt.
Het schakelen zelf neemt tijd in beslag.
Weliswaar extreem weinig tijd, want
het duurt momenteel in de snelste
computers niet langer dan een paar
miljardsten van seconden, maar dat zet
wel degelijk een fikse rem op de Wet
van Moore. Of misschien is ‘zette’ nu
het woord. De natuurkundige Theo
Rasing forceerde namelijk onlangs met
zijn onderzoeksgroep een spectaculaire
doorbraak, die computers liefst
honderdduizend keer sneller zou kunnen
maken. Daarvoor moet de elektromagneet
als schakelaar het veld ruimen
voor lichtflitsen. En dat is iets waarvan
eigenlijk iedereen dacht dat het onmogelijk
was, en waarvoor in de gewone
wetten van de thermodynamica dan
ook geen verklaring te vinden valt.
Twee biljoen minimagneetjes
Het draait allemaal om magnetisme.
Neem de harde schijf van een normale
pc. Die bevat zo’n twee biljoen minimagneetjes.
Natuurlijk allemaal met een
magnetische noord- en zuidpool. Het
omzetten van die polen van noord naar
40 41

zuid of andersom, ompolen genoemd,
is het schakelmechanisme waarmee gegevens
veranderd en opgeslagen kunnen
worden. Noord en zuid zijn met
andere woorden de nullen en de enen.
Op dit moment gebeurt dat ompolen
met sterke elektromagneten. Het aan-
en uitzetten van de stroom bepaalt de
snelheid waarmee de magneetjes omgezet
kunnen worden. En daar is de
rek dus uit.
Maar Theo Rasing is erin geslaagd een
onwaarschijnlijke en onwaarschijnlijk
snelle schakelaar het ompoolwerk te
laten doen: licht. Licht is al langer een
van zijn specialisaties. Hij is een ware
pionier in het ontwikkelen van nieuwe
technieken om met licht materialen op
nanometerschaal te bestuderen en ook
te manipuleren. Eerder stond hij bijvoorbeeld
aan de wieg van een nieuwe
methode om met lasers zichtbaar te
maken hoe individuele moleculen zich
over een oppervlak bewegen. Die methode
wordt nu overal gebruikt.
De spin van elektronen
Voor de nieuwe dataopslagtechniek
met licht gebruikt hij elektronen als
bits. Elektronen – de geladen deeltjes
die rond de atoomkernen draaien –
hebben naast lading ook spin: een magnetisch
moment. Ook een elektron
heeft dus een magnetische noord- en
zuidpool. Die kunnen worden omgezet,
en het lukt Rasing om dat te doen
in niet meer dan honderd zogeheten
femtoseconden – een femtoseconde is
een miljoenste van een nanoseconde,
die op zijn beurt een miljardste seconde
duurt. Dat maakt dat deze methode
ongeveer honderdduizend keer sneller
is dan de huidige maximale snelheid.
Het proces kan direct daarop herhaald
worden. Alles bij elkaar ligt daarmee
een tienduizend maal snellere computer
in het verschiet.
Het licht dat de Nijmeegse groep van
Rasing gebruikt, is een laserflits. Om
precies te zijn: een flits met gepolariseerd
licht. Die werd gericht op een
dunne magnetische film, bestaande uit
ijzer, kobalt en gadolinium. Dat met
licht een heel sterk magneetveld kan
worden gegenereerd was een paar jaar
geleden al verrassend genoeg voor een
Nature-publicatie. Maar op dat moment
bedroegen de behaalde veranderingen
van de magnetisatierichting niet meer
dan een paar graden, en ze waren bovendien
niet stabiel.
De huidige resultaten laten zien dat met
behulp van licht de magnetisatierichting
van een magnetische film ook op een
gecontroleerde en stabiele manier kan
worden gemanipuleerd. Het komt hierop
neer: de wisselwerking tussen het
gepolariseerde licht en de magnetische
film levert een zeer sterk magneetveld
op, waarvan de richting bepaald wordt
door de draairichting van de polarisatie:
rechtsom of linksom correspondeert
met respectievelijk een naar boven of
een naar beneden gericht magnetisch
veld: een nul of een één. Met behulp
van een polarisatiemicroscoop kan het
verschil in magnetisatierichting in het
materiaal zichtbaar worden gemaakt.
Zo kan het effect van een bewerking
ook worden bekeken.
Verraste collega’s
Dat je met licht magneten om kunt polen,
is groot nieuws. Nog in 2006 kwam er
een boek uit over de meest recente ontwikkelingen
in nanomagnetisme waar-
in het idee als volslagen onmogelijk
werd afgedaan. Magneten beïnvloeden
met licht kán niet, zeiden collega-onderzoekers.
Het artikel waarin Rasing
en zijn groep aantoonden dat het wel
kan, haalde dan ook de cover van de
Physical Review Letters, waarin het verscheen.
Wetenschappers over de hele
wereld waren buitengewoon verrast
over de bevindingen van Rasing en collega’s.
Het belang van Rasings werk is makkelijk
te zien. De behoefte in de maatschappij
aan snellere gegevensopslag
is bij lange na nog niet verzadigd. Dat
is alleen al te zien aan de snelle groei
van het werken met beelden en van
het hele internet. De techniek van de
groep van Rasing kan een grote groeispurt
mogelijk maken. Daar komt nog
bij dat er geen warmteverlies optreedt
bij het werken met lichtflitsen. Het is
dus goed voorstelbaar dat computergeheugens
die met lichtschakeling wer-
ken minder energie zullen gebruiken.
Aan de ontwikkeling van hoogfrequent
gepulste femtosecondelasers wordt
door de industrie al gewerkt. De markt
kan dus heel veel snellere én energiezuiniger
computers verwachten.
Over het onderzoek van Theo Rasing werd
in 2007 onder meer gepubliceerd in de
Physical Review Letters ( 99, 047601)
Het licht van de superkorte laserflitsen
is gericht op een magnetisch laagje
en wisselt voortdurend tussen linksom
en rechtsom. Door dat afwisselen van
de polarisatie gaat de magnetische
richting van de elektronen de ene of
de andere kant uit: het worden als het
ware enen en nullen, waarmee je dus
gegevens kunt opslaan en daarna weer
uitlezen.
42 43

Jacques Neefjes
Jacques Neefjes (1959) twijfelde
tussen een studie klassiek gitaar of
scheikunde. Het werd scheikunde aan
de Vrije Universiteit – gitaar spelen
is nu een hobby. Hij promoveerde
(cum laude) bij prof Hidde Ploegh
op het NKI/AvL (Nederlands Kanker
Instituut/Antonie van Leeuwenhoek
ziekenhuis) in Amsterdam. In
zijn onderzoek combineerde hij
immunologie, celbiologie en chemie.
Na zijn promotie volgde een
postdocperiode aan het Heidelbergse
kankeronderzoeksinstituut DKFZ. In
1993 kreeg Neefjes de kans om een
onderzoeksgroep te starten op het
NKI/AvL, waar hij nog steeds werkt.
Zijn onderzoek draait om de
werking en het manipuleren van het
afweersysteem bij kanker, infecties
en auto-immuunziekten. Het streven
is verschillende velden en technieken
te integreren voor origineel en
grensverleggend onderzoek, wat al
tot veel nieuwe kennis heeft geleid.
Recente vindingen laten bijvoorbeeld
zien hoe ziekteverwekkers en hun
gastheren in een continue moleculaire
strijd verwikkeld zijn voor overleving.
Neefjes en andere onderzoekers
ontdekten verschillende moleculaire
mechanismen waarmee virussen
het afweersysteem uitschakelen,
en legden bloot hoe bacteriën
gastheercellen gebruiken om zelf
te overleven. Door grootschalige
screeningsystemen te gebruiken, zijn
in samenwerking met chemici uit
Leiden en het NKI stoffen gemaakt
die de gastheer helpen bacteriën te
doden. Omdat kankercellen om te
overleven hetzelfde mechanisme in
cellen gebruiken als bacteriën, worden
de stoffen ook getest op kankercellen.
Neefjes besteedt veel tijd aan het
Koningin Wilhelmina Fonds (KWF),
en is lid en voorzitter van de
Wetenschappelijke Raad. Hij heeft
een samenwerking tussen het NKI en
Organon/Schering-Plough opgezet om
fundamentele ontdekkingen verder te
ontwikkelen voor klinische toepassing.
Jacques Neefjes is getrouwd met
Andra Borst. Ze hebben drie
kinderen: Els, Cor en Anna.
44 45

Nederlands Kanker Instituut/Antonie van Leeuwenhoek
ziekenhuis
Alle tot nu toe gebruikte antibiotica
hebben gemeen dat ze de bacteriën
die ons ziek maken direct aanvallen en
de gastheer met rust laten. Ze werken
dus op basis van verschillen tussen de
bacterie en die gastheer, maar voor de
meeste verschillen bestaan al antibiotica.
De onderzoeksgroep van Jacques
Neefjes heeft een andere mogelijkheid
onderzocht door te kijken of bacteriën
gedood kunnen worden door een proces
in de gastheercel te remmen.
Dat is alleen al van buitengewoon belang
omdat het ernaar uitziet dat ook
bacteriën die resistent zijn tegen (vrijwel)
alle bestaande middelen er gevoelig
voor zijn. Het aantal multidrug-resistente
(MDR) bacteriën neemt al jaren
toe, en inmiddels zijn er in Zuid-Afrika
en Rusland zelfs extreem drug-resistente
(XDR) stammen opgedoken die
tuberculose veroorzaken. Daartegen
helpt geen enkel bestaand antibioticum.
Ook in Nederland is al een multidrugresistente
tuberculosestam gevonden,
en gezien de tegenwoordige mobiliteit
van mensen is het alleen een kwestie
van tijd voordat er hier extreem drugresistente
stammen arriveren.
Maar het onderzoek onder leiding van
Neefjes geeft tegelijk fundamentele inzichten,
en laat bijvoorbeeld zien dat
kanker, suikerziekte, tuberculose en
tyfus – anders dan je bij oppervlakkige
beschouwing zou denken – op moleculair
niveau zaken gemeen hebben.
Om niet door het afweersysteem gezien
te worden, verschansen ziekteverwekkers
zich binnenin de cellen van
patiënten, ze zijn ‘intracellulair’. Daar
leven en groeien ze, en intussen weten
ze te voorkomen dat ze naar het
afbraakcompartiment van de cel – het
lysosoom – worden gestuurd. Neefjes
ging op zoek naar stoffen die bacteriën
in de cel kunnen doden.
Dat deed hij samen met onderzoekers
uit verschillende disciplines. Op het
46 47

grensvlak tussen chemie en biologie,
en met robotgestuurde screenings van
grote hoeveelheden (bibliotheken) siR-
NA – korte RNA-moleculen die genexpressie
remmen en daarom ‘short interfering
RNA’s’ heten – ontdekte men
een nieuwe groep stoffen die werken
als antibiotica. Ook het werkingsmechanisme
van die stoffen hebben de
onderzoekers opgehelderd.
Ingrijpen in keten
De reden dat ziekteverwekkende bacteriën
zoals M.tuberculosis en M.typhi
(dat tyfus veroorzaakt) in de cel weten
te voorkomen dat ze afgebroken worden,
zit hem in een keten van reacties
die de bacterie in gang zet doordat het
een eiwit (SopB geheten) in de cel injecteert.
De stoffen die Neefjes en de
anderen vonden, grijpen in in die keten
doordat ze een kinase remmen. Kinasen
zijn groepen enzymen die een fosfaatgroep
kunnen aanbrengen op een ander
eiwit, een proces dat fosforylering heet,
en dat nodig is voor verdere chemische
reacties in een cel. Het kinase in kwestie
draagt de naam PKB/Akt1 (PKB in Europa
en Akt1 in de Verenigde Staten).
Door die PKB-enzymen te activeren
manipuleren bacteriën de cel zo dat
ze kunnen overleven in het fagosoom,
waar ze zich voeden en groeien. Maar
als PKB geremd wordt in geïnfecteerde
cellen door de stoffen die Neefjes
geïsoleerd heeft, dan worden de bacteriën
alsnog van het fagosoom naar
het lysosoom verplaatst en daar opgeruimd.
PKB controleert verschillende
processen in de cel, waaronder het systeem
voor insulinesecretie en voor de
celdood van kankercellen. PKB wordt
dan ook door veel wetenschappers bestudeerd.
Gastheereiwit
Met de ontdekking van dat gastheereiwit
PKB, dat essentieel is voor de overleving
van intracellulaire ziekteverwekkers
als M.tuberculosis en M.typhi, is er
een nieuw aangrijpingspunt voor antibiotica
gevonden: eiwitten van de mens
zelf. Dat heeft grote voordelen. De mogelijkheden
voor de aangrijpingspunten
op de bacteriën zelf zijn inmiddels zo
goed als uitgeput, maar de mens heeft
zes keer zoveel potentiële aangrijpingspunten,
want mensen hebben zes keer
zoveel genen als bacteriën. Daarmee
opent zich een hele nieuwe wereld
aan mogelijkheden. Bovendien is de
verwachting dat het voor ziekteverwekkers
moeilijker, misschien zelfs onmogelijk,
is resistentie te ontwikkelen
tegen stoffen die biologische processen
van de gastheer remmen.
En dat doen de stoffen van Neefjes en
zijn collega-onderzoekers. Zo werken
ze ook bij een multiresistente tuberculosestam.
Maar de remmers moeten
wel op de juiste manier werken, en niet
eerst de gastheer en dan de bacterie
doden. De oplossing daarvoor kan uit
antikankermiddelen komen.
Weergave van het mechanisme waarmee
ziekteverwekkende bacteriën
binnenin een cel hun eigen overleving
mogelijk maken. In dit geval gaat het
om een salmonellabacterie. Bacteriën
verschansen zich in de cel die ze
geïnfecteerd hebben in een zogeheten
‘fagosoom’. Salmonella injecteert een
eiwit in de cel dat door een groep
speciale enzymen (het kinase PKB)
te activeren een keten aan reacties
in gang zet, die uiteindelijk voorkomt
dat de salmonella van het fagosoom
naar het lysosoom gaat, waar het zou
worden afgebroken. De remmers van
Neefjes’ groep grijpen in in die reactieketen,
waardoor de salmonella wel
naar het lysosoom gaat voor afbraak.
Antikankermedicijnen en
antibiotica
De PKB-route blijkt vaak in kankercellen
geactiveerd te zijn om het sterven van
kankercellen tegen te gaan, waardoor
die dus gewoon doorgroeien. De details
van het proces zijn anders, maar zowel
intracellulaire bacteriën als kankercellen
activeren hetzelfde kinase PKB. De
farmaceutische industrie ontwikkelt dan
ook remmers van de PKB-route als antikankermedicijnen,
maar die kunnen dus
ook ingezet worden als antibiotica.
Om zeker te weten dat het in principe
mogelijk is om bacteriële infecties af te
remmen met een PKB-remmer, werd
een van de beste stoffen die uit het onderzoek
kwamen aangemaakt in grote
hoeveelheden, en getest op met salmonella
geïnfecteerde muizen. Het bleek
dat de infectie sterker geremd wordt
dan de muis, al werd hij niet geblokkeerd.
Maar het laat zien dat het middel
schadelijker is voor de bacteriën
dan voor de gastheer. De stoffen moeten
natuurlijk verbeterd worden, net
als de precieze toedieningsschema’s,
maar een proof of principle voor de benadering
lijkt geleverd.
In één studie werden zeer uiteenlopende
wetenschapsgebieden als chemie,
robotics, celbiologie en bacteriologie
gecombineerd. Het maatschappelijk
belang van de komst van nieuwe, op
een andere leest geschoeide antibiotica
kan nauwelijks overschat worden.
Wordt er geen oplossing gevonden
voor de almaar groeiende resistentie
van ziekteverwekkers voor de bestaande
antibiotica, dan gaan we terug
naar de wereld van voor 1940, toen
een gewone infectie nog dodelijk kon
zijn. Het onderzoek van Neefjes laat
zien dat in principe antibiotica ook tegen
gastheereiwitten gericht kunnen
worden, en maakt bovendien duidelijk
waarom zo’n benadering werkt.
Over Neefjes’ onderzoek is in 2007 onder
meer gepubliceerd in Nature (450:725-730)
48 49

Joris Dik
Joris Dik (1974) wilde aanvankelijk
net als zijn oom, grootvader en
overgrootvader schilderijenrestaurator
worden. Hij ging kunstgeschiedenis
studeren en deed daar wat scheikunde
en teken- en schilderlessen bij. Het
jaar dat hij mocht doorbrengen aan
het museumlaboratorium van het
J. Paul Getty Museum in Los Angeles
bracht hem ertoe verder te gaan met
de combinatie kunst en scheikunde.
Terug in Nederland studeerde hij
af in 1997, waarna hij in 2003 aan
de Universiteit van Amsterdam
promoveerde in de kristallografie.
Veranderingen die in de loop der
tijden optraden in het productieproces
van Napels geel, ontdekte hij,
maakten verschil voor de structuur
en samenstelling van dat pigment. Aan
de hand daarvan konden schilderijen
waarin het gebruikt was, gedateerd
worden.
Sinds 2003 werkt Dik bij de groep
structure & change onder leiding
van Barend Thijsse van de afdeling
technische materiaalwetenschappen.
Sinds 2006 is hij wetenschappelijk
directeur van het Delfts-Leidse
Center for Art and Archaeological
Sciences (CAAS). Daarnaast is hij
actief als authenticiteits-expert voor
verzamelaars, kunsthandelaren en
veilinghuis Christie’s. Als er nog tijd
overblijft, mag hij met vrouw Einat en
zijn beide kinderen graag skiën, steden
bezoeken en lekker uit eten gaan.
50 51

Technische Universiteit Delft
Veel van ons cultureel erfgoed blijft
voor het blote oog verborgen. Niet alleen
gaan onder gras, bos en bebouwing
archeologische schatten schuil, ook
onder het oppervlak van kunstvoorwerpen
en schilderingen is heel wat te
vinden. De binnenkant van een bronzen
beeld kan bijvoorbeeld veel vertellen
over wie de maker ervan is, hoe en
wanneer het gemaakt werd en in welke
toestand het verkeert. Bij schilderwerken
kunnen we onder het oppervlak
onder meer aanwijzingen vinden voor
de ouderdom en de kansen op verval
en verkleuring. En soms gaat onder de
zichtbare voorstelling een nog grotere
verrassing schuil. Een eerste schets,
veranderingen die de maker al werkende
aanbracht in de compositie, of zelfs
een ander, eerder op hetzelfde doek of
paneel gemaakt werk.
Soms is het van belang om op een archeologische
vindplaats onder de oppervlakte
te kunnen kijken zonder de
bodem te verstoren, of is graven on-
mogelijk. Aantasting van archeologische
en kunstvoorwerpen voor onderzoeksdoeleinden
is iets dat al helemaal
tot een minimum beperkt moet blijven.
Onder het oppervlak verborgen informatie
is in die gevallen dan ook vrijwel
alleen boven water te halen met behulp
van non-destructieve beeldvormende
technieken, waarvan röntgenradiografie
het meest wordt toegepast.
Speciaal voor de vervolmaking van dit
soort technieken hebben alfa’s van Leiden
en bèta’s van de Technische Universiteit
Delft zich in 2006 verenigd in een
nieuw instituut onder leiding van Joris
Dik, het Center for Art and Archaeological
Sciences (CAAS). Gezamenlijk
werken zij aan projecten die uiteenlopen
van een neutronen-gebaseerde
analyse van bijlen uit de vroege bronstijd
tot fotospectrometrisch onderzoek
van prenten en tekeningen. Maar ook
ontsluierden ze de geheimen van een
schilderij van Vincent van Gogh met
behulp van een nieuwe vorm van rönt-
52 53

genonderzoek, met nog niet eerder
vertoonde resultaten.
Ambitieus maar armlastig
Vincent van Gogh staat erom bekend
dat hij zijn doeken vaak meer dan een
keer gebruikte. Wat kon hij ook anders,
als even ambitieuze, impulsieve
en productieve als armlastige schilder?
Van maar liefst een derde van zijn
vroege werken weten we dat ze over
een andere, eerdere voorstelling heen
zijn geschilderd. Van sommige van die
verscholen Van Goghs weten we niets,
andere lijken overeen te komen met
bewaard gebleven voorstudies en tekeningen.
Nog weer andere kennen we
doordat Van Gogh ze beschreef in zijn
uitvoerige correspondentie met zijn
broer Theo.
De belangrijkste bestaande methode
om onder de huid van een schilderij te
kijken is de röntgenradiografie, die voor
dat doel al een eeuw wordt toegepast.
Het schilderij wordt doorgelicht, waarbij
een beeld hoofdzakelijk ontstaat
doordat vooral verven die zware metalen
als lood, kwik, cadmium, antimoon,
tin of barium bevatten, straling absorberen.
Dat beeld laat evenwel veel te
wensen over. Het maakt maar een deel
van het palet van verdoken voorstellingen
zichtbaar, namelijk die verven die
lood of andere zware metalen bevatten.
Verder kunnen hoger gelegen verflagen
vol zware metalen daaronder liggende
pigmenten gemakkelijk verdoezelen.
Boven Van Goghs Grasgrond.
Onder links een traditionele röntgenopname
van het deel in het rode
kader, rechts een infraroodbeeld.
Nog een verstorende factor is dat het
linnen gewoonlijk eerst bestreken werd
met een grondlaag die loodhoudend
wit bevat. Daardoor is het alsof de traditionele
röntgenfoto door matglas gemaakt
wordt. Tenslotte is de techniek
kleurenblind, het beeld is een globaal
schaduwbeeld dat weinig informatie
bevat over de exacte samenstelling van
de verschillende verven.
In het kader van een programma van
het CAAS hebben onderzoekers van
de Technische Universiteit Delft, de
Universiteit Antwerpen en de synchrotron-instituten
van het ESRF in Grenoble
en DESY in Hamburg een methode
ontwikkeld om daar verbetering in te
Met de klok mee van linksboven de
door Dik gemeten verdeling van lood
(wit), antimoon (geel), zink (wit) en
kwik (vermiljoen).
brengen. Het gaat om een combinatie
van twee technieken, laminografie en
K-edge imaging, die nog niet eerder
voor dit doel werden ingezet.
Opgerolde koppen
Alles draait om een dunne, vrijwel monochromatische
röntgenbundel van
heel hoge energie, die heel nauwkeurig
slechts fluorescentie opgewekt in
één enkel element in de verflaag. Punt
voor punt, laag voor laag en element
voor element wordt de samenstelling
van complexe verflagen nauwkeurig in
kaart gebracht, waarna de afzonderlijke
beelden kunnen worden gecombineerd
en ingekleurd op basis van de
gevonden verdeling en dichtheden van
moleculen: wit voor zink, vermiljoen
voor kwik, geel of rood voor cadmiumverbindingen,
enzovoort.
Zulke hoogenergetische, monochromatische
röntgenbundels kunnen alleen
in een synchrotron, een deeltjesversneller,
worden opgewekt. De onderzoekers
brachten daarom Van Goghs
schilderij Grasgrond, dat gewoonlijk in
het Kröller-Müller Museum te vinden
is, naar het Deutsches Elektronensynchrotron
in Hamburg. Daar bleek het
met gewone röntgenradiografie al eerder
vaag geziene gezicht onder het gras
een door antimoongeel, zinkwit en
vermiljoen (kwik) gedomineerd portret
van een vrouw te zijn.
De kop past in een reeks Nuenense
portretstudies uit de winter van 1884,
die uiteindelijk zou culmineren in de
befaamde Aardappeleters. Al gauw
stuurde Vincent een stel van die studies
naar zijn broer Theo in Parijs,
getuige een brief aan Theo uit maart
1885, waarin hij informeert: “Heb je
mijn opgerolde koppen al ontvangen?”
Grasgrond schilderde Van Gogh pas een
paar jaar later, nadat hij zijn werk naar
Parijs achterna was gereisd en zijn intrek
had genomen in het appartement
van zijn broer. Toen moet hij de nu
teruggevonden portretstudie opnieuw
hebben opgespannen.
Behalve veel betere beelden van onder
een zichtbare schildering liggende composities,
zoals de vrouwenkop onder
Van Goghs Grasgrond, kunnen nu ook
bijvoorbeeld verkleuringen en diep in
de verflaag gelegen craquelurepatro-
54 55

Reconstructie van de huidtinten op
basis van antimoon en kwik, met
rechts twee andere vrouwenportretten
van Van Gogh.
nen in niet-loodhoudende verven aan
het licht gebracht worden. Dat is van
grote betekenis voor het conserveren,
restaureren en dateren van oude schilderwerken.
Meer over dit werk van Dik en het CAAS
is te vinden in J. Dik e.a. “A Lost Painting
by Vincent van Gogh Visualized by
Synchrotron Radiation based XRF Elemental
Mapping”, Analytical Chemistry,
80 (16), 6436–6442, 2008. 10.1021/
ac800965g en in K. Krug e.a. “Relics in
medieval altarpieces? Combining X-ray
tomographic, laminographic and phasecontrast
imaging to visualize thin organic
objects in paintings”, J. Synchrotron
Rad. 2008 15, 55-61 [doi:10.1107/
S0909049507045438]. Zie verder ook
K. Krug e.a. “Visualization of pigment distributions
in paintings using synchrotron
K-edge imaging”, Appl. Phys. A 2006
83 247-251 [doi:10.1007/s00339-006-
3519-y] en het bij het Journal of the
American Institute for Conservation
aangeboden artikel van Dik e.a. “3D Imaging
of Paint Layers and Paint Substructures
with Synchrotron Radiation Computed
μ-Laminography - the Potential Interest
for Technical Art History and Conservation”.
56 57

58 59