Toren

Ik ben te lui om te checken of dit klopt maar ik ben voldoende goedgelovig om het als waarheid te accepteren. Rest nog wel de vraag waaruit deze maatschappelijke taak bestaat. In eerste instantie klinkt het als een soort corvee, een taakstraf voor onschuldigen. Het doet me ook denken aan dat als wetenschappers gevraagd worden om een lezing te geven of en project te doen buiten de universiteit men niet rekent op een factuur. “Ik betaal toch belasting?!”, zei een ondernemer tegen me die mij gevraagd had een klusje te doen. Hij had misschien een punt.

Ik vermoed dat de maatschappelijke taak vooral bedoeld is om er voor te zorgen dat wetenschappers niet te veel binnen hun eigen kringen blijven verkeren maar wetenschappelijke arbeid verrichten die ook ergens op slaat. Het moet maatschappelijke impact hebben. Het hoeft niet gevalideerd te worden maar het moet wel gevaloriseerd kunnen worden. Oftewel: er moet geld mee verdiend kunnen worden. Wetenschappers die zich niets van de maatschappij aantrekken, die theorie boven de alledaagse werkelijkheid stellen, zijn tegenwoordig out-of-business. De onderzoeksagenda komt niet meer tot stand op basis van de productieve uitkomsten van academische vrijheid maar is inmiddels vastgesteld door VNO-NCW. Het ‘invisible college’ van de wetenschap heeft een gezicht gekregen en dat gezicht vertoont niet de trekken van een nerd maar van een babyboomer met een foute stropdas. Inderdaad, wie betaalt, bepaalt. Ook al wordt dat budget ondanks al dat geblaat over de kenniseconomie drastisch minder.

Ik zit er wel eens aan te denken om van baan te veranderen. Immers, ik werk nu al meer dan tien jaar bij de TU Delft en voor het geld hoef je het niet te doen. Mijn moraal is sterker dan mijn declaratiedrang zodat gelukkig slecht voorbeeld niet doet volgen. Leadership by example is voor het hoger management van de TU Delft blijkbaar nog een onontgonnen gebied. Maar één van de vele dingen die mij hier houden is de onafhankelijkheid van de wetenschapper. Hoeveel beroepen zijn er die gegrond zijn in een onafhankelijke beroepsopvatting en dito mening? Bij hoeveel beroepen mag je zeggen wat je wilt, mits gebaseerd op een wetenschappelijke argumentatie? Misschien dat journalisten deze kwaliteiten ook claimen maar toch is het principe van hoor en wederhoor te weinig om een significante maatschappelijke toegevoegde waarde te hebben. Het is juist de maatschappelijke taak van de wetenschapper om zich op gezette tijden niets aan te trekken van gangbare maatschappelijke opvattingen. Met de wetenschap heeft de maatschappij zijn eigen protest georganiseerd en gefinancierd. De onafhankelijkheid van de wetenschapper is een noodzakelijke luxe. Het is eenzaam aan de top van de ivoren toren maar je hebt in ieder geval wel een mooi uitzicht. En dat uitzicht leert ons ook dat de aarde niet plat is en dat Nederland mooier en leger is dan ooit voor waar werd aangenomen. Juist onderaan de vuurtoren is het altijd donker.

Patrick van der Duin is toekomstonderzoeker bij de sectie technology, strategy and entrepeneurship van de faculteit Techniek, Bestuur en Management.

Een slinger van flinterdunne schijfjes diepgevroren kankerweefsel rolt uit een snijmachine. “Met het diamantmesje in deze machine snijden we plakjes van veertig nanometer dik”, vertelt prof.dr. Peter Peters, hoogleraar nanobiologie bij Technische Natuurwetenschappen en projectleider bij de afdeling celbiologie van het Nederlands Kankerinstituut – Antoni van Leeuwenhoekziekenhuis (NKI-AVL).

“Die plakjes bekijken we met een transmissie elektronenmicroscoop (TEM). We onderzoeken cellen uit het hele lichaam – borst, eierstok, longen, noem maar op. En ze komen van over de hele wereld naar ons toe. Maar ik krijg ze ook van mijn partner. Zij is hoofd pathologie en werkt een paar verdiepingen hieronder.”

Plotseling wordt Peters’ rondleiding bij het NKI-AVL heftig verstoord. Een medewerker loopt door de afdeling terwijl hij hard op een pan slaat. De onderzoekers die kankercellen kweken of in plakjes hakken, leggen even hun werk neer. Iedereen wordt verzocht om naar de koffiehoek te komen voor een toast op een publicatie in het wetenschapstijdschrift Cell.

Stroomversnelling
Het geluid komt Peters bekend voor. Zijn negen man sterke wetenschapsteam heeft de afgelopen jaren al drie maal gepubliceerd in de gerenommeerde wetenschapsbladen Nature en Cell. De publicaties gaan over het driedimensionaal in beeld brengen van eiwitten in cellen en celorganellen.
“De werking van een eiwit hangt vooral af van zijn 3D-vorm, net zoals een tandwiel in een motor”, zegt Peters onder het genot van een glaasje champagne. “Door die vormen te onderzoeken hopen we het ontstaan van allerlei vormen van kanker en infectieziektes zoals tuberculose beter te kunnen begrijpen.”

Door sterk verbeterde beeldverwerkingstechnieken en betere elektronenmicroscopen is het onderzoek naar de visualisatie van eiwitten de afgelopen jaren in een stroomversnelling gekomen. Het aantal publicaties groeit exponentieel.

“Het idee dat de cel simpelweg een zakje protoplasma is met een celkern en organellen erin heeft plaatsgemaakt voor een heel nieuwe visie. We zien een cel nu als een klein universum waarin eiwitten samenwerken en samen honderden macromoleculaire machines vormen, die elk een heel specialistische taak hebben.”

Om mee te kunnen blijven doen in deze booming wereld van de nanoscopie heeft Nederland volgens Peters een nieuw onderzoeksinstituut nodig met drie geavanceerde transmissie elektronenmicroscopen. Met dat doel richtte hij met collega’s het Netherlands Centre for Electron Nanoscopy (NeCEN) op, een samenwerkingsverband tussen tien universiteiten en onderzoeksinstituten waaronder behalve het NKI-AVL ook het Leids Universitair Medisch Centrum, het Erasmus MC en de universiteiten van Delft, Leiden en Utrecht.
NeCEN moet een onafhankelijk instituut worden dat open staat voor alle deelnemende partijen, maar ook voor biotechnologiebedrijven die microscopietijd willen inhuren.

In juni vorig jaar kreeg het instituut in oprichting te horen dat het een overheidssubsidie zou krijgen van 38 miljoen euro. Maar het politieke klimaat is veranderd. “Ik houd mijn hart vast”, zegt Peters. Even later komt hij daar op terug. “Ik heb er toch wel vertrouwen in dat het onderzoeksinstituut er gaat komen.” De publicatie in Cell is een flinke steun in de rug, denkt hij. “Zulke publicaties zijn miljoenen waard.”

Van het totaalbedrag heeft NeCEN de afgelopen zomer de eerste twaalf miljoen euro al ontvangen. De eerste twee microscopen zijn aangeschaft en worden binnenkort in elkaar gezet in een tijdelijk onderkomen bij het Gorlaeus Laboratory van de Universiteit Leiden. Op dat terrein moet binnen enkele jaren ook het definitieve gebouw van NeCEN verrijzen.

Nano-atoombommen
Bij transmissie elektronenmicroscopie beschieten onderzoekers preparaten met elektronen. Nadat deze deeltjes door het preparaat heen zijn gegaan, reconstrueren zij het beeld aan de hand van de verstrooiing en door na te gaan hoeveel elektronen zijn geabsorbeerd.
Het lastige aan de techniek is dat je de biologische monsters maar met heel weinig elektronen mag beschieten, anders verandert alles in een vormloze brij. “Die elektronen zijn net nano-atoombommen”, zegt Peters. “Je mag maximaal tachtig elektronen per vierkante ångström gebruiken (een ångström is 0,1 nanometer, red.).”

Bijkomend probleem is dat de elektronen tot voor kort niet direct gedetecteerd konden worden. De ‘nanobommetjes’ komen, nadat ze door het monster zijn gegaan, terecht op een schermpje dat gevoelig is voor elektronen en dat telkens als het een elektron detecteert een lichtsignaaltje afgeeft. Een ccd chip (charge-coupled device) vertaalt die elektromagnetische straling uiteindelijk naar een digitaal plaatje. “Door deze omzetting van elektronen naar licht verlies je veel detail”, zegt Peters.

Delftse onderzoekers van de sectie hoge resolutie elektronenmicroscopie, onder leiding van prof.dr.ir Henny Zandbergen (Technische Natuurwetenschappen), werken aan een verbetering. Ze gebruiken daarvoor de elektronenmicroscoop Titan in het Van Leeuwenhoek laboratorium (laboratorium van de TU en TNO). Samen met microscopenfabrikant FEI hebben ze een sensor ontwikkeld waarbij de ccd-detector direct gekoppeld is aan een lichtgevende laag. “Hierdoor gaat er vier keer minder informatie verloren”, zegt Peters. Beide groepen maken deel uit van NeCEN.

Vage kraaltjes
De eerste van de drie microscopen wil Peters gebruiken om een techniek toe te passen die Single Particle Analysis (SPA) heet. Bij deze techniek fotograferen de onderzoekers een bepaald type eiwit duizenden malen met de TEM. Wat je dan ziet is een enorme hoeveelheid vage kraaltjes in twee dimensies. Meer niet. Maar de eiwitten liggen op willekeurige wijze verspreid over het preparaat en worden elk dus onder een net iets andere hoek afgebeeld. Een computer destilleert uit die enorme berg wazige beelden de drie dimensionale structuur.
Met deze techniek heeft Peters baanbrekend onderzoek verricht naar tuberculose. Dat onderzoek wil hij met NeCEN voortzetten.

In een PowerPoint-presentatie toont hij beelden die hij heeft gemaakt met SPA van een eiwit uit het celmembraan van tubercles bacillus, de bacterie die TB veroorzaakt. 250 Duizend maal moest hij het eiwit fotograferen. Hij gebruikte daarvoor de TEM van de Rijksuniversiteit Groningen.
Het eiwit heet EspB en is een tien nanometer groot radertje in een groot pompsysteem in het celmembraan. Het heeft wat weg van twee plastic vergieten die met de open kanten tegen elkaar aan liggen. Langs de zijkanten heeft het eiwit dunne langwerpige openingen en aan de boven- en onderkant piepkleine gaatjes.

Enkele jaren geleden ontdekten Peters en zijn collega’s dat de overlevingskunsten van tubercles bacillus mogelijk samenhangen met EspB.
Peters vermoedt dat de ziekteverwekker via de kleine gaatjes in EspB bepaalde stoffen uitscheidt waarmee hij het afweersysteem van zijn gastheer ondermijnt. Cellen gaan bacteriën te lijf door ze met een membraan te omsluiten, te isoleren en te vernietigen. Men dacht altijd dat tubercles bacillus zo is geëvolueerd dat het binnen deze inkapseling kan overleven. Maar de onderzoekers publiceerden in 2007 in Cell dat de bacterie uit dit ‘gevangenisje’ weet te ontsnappen door bepaalde stoffen uit te scheiden die de inkapseling doet oplossen.

Peters’ vermoeden dat EspB bij de ontsnapping is betrokken, is gestoeld op een genetisch experiment. De onderzoeker bouwde de genen die voor het pompsysteem coderen in bij een verzwakte, bij runderen voorkomende tuberculosebacterie; mycobacterium bovis, die bij mensen als vaccin wordt gebruikt. Deze bacil is honderd jaar geleden geïsoleerd uit koeien en sindsdien in kweek gehouden.

Door de jaren heen is de bacterie primitiever geworden. Hij heeft allerlei genen die hij onder kweekomstandigheden niet nodig had uit zijn genoom gegooid, waaronder veertien genen die samen coderen voor de membraanpomp.
Hij heeft zijn vermogen om uit een fagocyt te ontsnappen verloren. Maar de genetisch gemodificeerde variant van Peters bleek wel uit te kunnen breken, wat erop wijst dat het pompsysteem een cruciale rol speelt.
Misschien is het mogelijk om het tuberculosevaccin om te bouwen tot vaccin tegen allerlei andere ziekteverwekkers, waaronder de Hepatitis B- en C-virussen en het humaan papillomavirus dat lever- en baarmoederhalskanker veroorzaakt. Ook die micro-organismen produceren eiwitten waarmee ze het afweersysteem van hun gastheer ontduiken. Als je de genen die daarvoor coderen inbouwt in het genoom van bacillus calmette-guérin, gaat deze bacterie die eiwitten ook produceren en wellicht ook door middel van EspB naar buiten brengen, zo redeneert Peters.

Celstructuren behouden
Maar voordat het zover is, is er meer inzicht nodig in het functioneren van de pomp. Daarvoor is het van belang om te zien op welke plekken in de cel deze zich bevindt.
Dat kan door middel van cryo-Electron Tomography. Ziehier de tweede belangrijke TEM-techniek waarmee het NeCEN de komende jaren aan de gang wil gaan.
Bij cryo-Electron Tomography wordt een stukje cel onder verschillende hoeken gefotografeerd door het preparaat telkens een klein stukje te draaien in de TEM. Aan de hand van die foto’s wordt een 3D beeld geconstrueerd.
Met cryo-Electron Tomography halen de wetenschappers een resolutie van een paar nanometers. Dat is een factor tien minder dan met Single Particle Analysis. Eiwitten zijn op de foto’s dan ook niet te zien. Met het blote oog althans niet. Met een computerprogramma is het wel mogelijk om sporen van eiwitten te herkennen. Deze structuurtjes worden vergeleken met de vorm die het eiwit volgens de Single Particle Analysis zou hebben. Peters: “Door middel van deze zogenaamde template matching (sjabloonherkenning, red.) creëren we soort atlas van de cel waarin alle onderdelen duidelijk 3D in beeld zijn gebracht.”

Dit artikel verscheen eerder in Delft Integraal 01-2011.