Physicaprijs winnaar Nynke Dekker: ‘Mens produceert lichtjaar aan dna’

Ze bracht haar toehoorders even in verwarring tijdens haar toespraak op het Fysica-congres in Delft in mei, toen hoogleraar moleculaire biofysica Nynke Dekker vertelde dat een mens in zijn leven ongeveer een lichtjaar aan dna produceert.

“Er zit ongeveer een meter dna in elke cel”, vertelt Dekker. “Dat past erin omdat het dna helemaal opgekruld zit. Het menselijk lichaam bestaat uit zo’n 100 biljoen (100 duizend miljard, red.) cellen die zich om de zoveel tijd delen. Gemiddeld zo’n honderd keer per mensenleven. Als je al die getallen met elkaar vermenigvuldigt, kom je uit op een lichtjaar aan dna over een mensenleven.”

Dit bizarre weetje is een aardige illustratie van de moleculaire biofysica die ze bedrijft. Op het congres kreeg de natuurkundige van het Delftse Kavli Institute of Nanoscience de prestigieuze Physicaprijs, die elk jaar wordt uitgereikt aan een eminente, in Nederland werkzame natuurkundige. Volgens de jury heeft Dekker ‘innovatieve fysische methoden uitgevonden en ontwikkeld, die ze toepast op actuele en relevante vraagstukken in de biologie en geneeskunde’

Dat is best bijzonder voor iemand die geen bioloog of arts is, maar natuurkundige. Delta sprak haar eind juni met als belangrijkste vraag hoe ze als natuurkundige op het idee kwam om levensprocessen zoals dna-eiwitinteracties te gaan bestuderen.

Dna-tijdperk
Na haar natuurkundestudie in Leiden en haar promotie in de atoomfysica aan de universiteit van Harvard ging Dekker op zoek naar een nieuw onderzoeksterrein. Het was eind jaren ’90 en de biologie stond volop in de belangstelling vanwege de mogelijkheid om de genetische code van het dna te lezen en, in het verlengde daarvan, het erfelijk materiaal van de mens te ontrafelen: het humaan genoom-project. De mensheid hoopte eindelijk te begrijpen wat de mens onderscheidt van (andere) dieren.

Maar wat kan een natuurkundige bijdragen aan kennis over dna? Dekker vond theoretische biofysici die zich hierin verdiepten, maar ze zocht verder naar een experimentele benadering. Die vond ze aan de École Normale Supérieure (ENS) in Parijs waar ze zich als postdoc bekwaamde in de experimentele moleculaire biofysica. Dat specialisme heeft ze volgens de jury van de Physicaprijs in Nederland succesvol uitgebouwd: ‘Zij speelt een internationaal leidende rol in dit vakgebied en is een van de bekende Nederlandse gezichten in de internationale arena.’

Magnetisch pincet
Aan het ENS in Parijs maakte Nynke Dekker kennis met het magnetische pincet. Hiermee kon een enkel dna-molecuul, dat aan één kant vastgeplakt zit, gemanipuleerd kan worden (trekken en draaien). Onderzoekers deden dat met een minuscuul magneetje aan de losse kant van de dna-streng. Dat werd bestuurd met een door elektromagneten opgewekt magneetveld. In haar lab werd het instrument steeds verder verfijnd.

Het magnetische pincet maakt het mogelijk om de interactie tussen dna en eiwitten in detail te bestuderen. “Met een magnetisch pincet kun je heel precies instellen hoe strak het dna opgewonden is”, vertelt Dekker. “Dan zie je bijvoorbeeld dat de werking van een eiwit beïnvloed wordt door draaiing van de dna -streng. Met een fractie van een draai maak je dat een eiwit wel of niet bindt.” Net als een papiertje wordt ook dna onleesbaar als het te verfrommeld is.

Celdeling
Dekker bestudeert het kopiëren van dna en rna zoals dat bij iedere celdeling plaatsvindt en bij elke virusbesmetting. Bij de duplicatie van dna in onze cellen is een heel complex van eiwitten betrokken dat een moleculaire kopieermachine vormt; bij de duplicatie van rna door virussen voldoet een kleiner aantal eiwitten. In alle gevallen is het polymerase eiwit essentieel: dit verdubbelt het dna of rna door stap voor stap aan elke base (daar zijn er vier van) de complementerende base te plakken. Er zijn stoffen die de werking van polymerase eiwitten kunnen verstoren: deze stoffen vormen dan mogelijke virusremmers. Deze kwamen door corona in de publieke belangstelling. Dekker onderzocht de werking van dergelijke virusremmers in haar lab.  

Dekker vertelt: “Veel van de viruspolymerases die wij hebben bestudeerd werken als een kopieermachientje dat rna-bouwsteentjes inbouwt. Die bouwstenen kun je met een virusremmer chemisch een klein beetje aanpassen, zodat de machine vastloopt. Dan zie je dat het ene middel langer blokkeert langer dan een ander. Dan willen wij weten: wat maakt die ene virusremmer zoveel effectiever? ” Een antwoord hierop levert niet direct een nieuw geneesmiddel op, benadrukt Dekker. Daar komt nog veel meer bij kijken. Maar kennis van de specifieke werking van zo’n virusremmer kan nuttig zijn bij de inschatting van mogelijke bijwerkingen.

Wisselende onderdelen
Een meer recente toevoeging aan de opstellingen in het lab is de fluorescentiemicroscopie. “Verschillende eiwitten hebben we gemerkt met verschillende kleuren”, vertelt Dekker. “Als we dan een complex van eiwitten zoals de moleculaire kopieermachine volgen met behulp van fluorescentiemicroscopie terwijl die op het dna actief is, zien we wat er allemaal aan eiwitten in- en uitvliegt. Dat helpt om op te helderen wat er nu allemaal tijdens het kopiëren van dna gebeurt.”

Zo blijft Nynke Dekker met haar groep ontdekkingen doen over het meest basale levensproces dat zich al sinds miljarden jaren in iedere levende cel voltrekt.

• Lees meer over de Nederlandse Natuurkundige Vereniging (NNV) en over de Stichting Physica of over het onderzoek van Nynke Dekker op de website van haar laboratorium. Eerder schreef Delta over het Fysicacongres 2023.