Het Inzicht

Ik heb op YouTube een heel mooi TedX praatje van jou gezien waarin je uitlegt wat voor onderzoek jullie bij jou in de groep precies doen (voor de geïnteresseerde lezer, een sterke aanrader om te bekijken). In deze presentatie vertel je dat het in jullie groep niet gaat om het creëren van leven, maar om het begrijpen van leven. Zou je deze uitspraak verder kunnen uitleggen? [TedX praatje: https://www.youtube.com/watch?v=stRRlME9jFI]

Dat is een vraag die gelijk raakt aan de kern van wat wij doen. Onze ambitie wordt gedreven door het willen begrijpen van de werking van cellen en weefsels. Voor ons is reconstitutie van synthetische cellen en weefsels vooral een manier om een modelsysteem te maken, en zodoende hun functies te leren begrijpen. Dit is heel lastig als je dat doet door enkel aan complete cellen of weefsels te meten, omdat die ontzettend complex zijn. Door een versimpeld modelsysteem te maken, kun je kijken naar de kern van een mechanisme. Met een reductionistische aanpak heb je precies in de hand wat je aan input geeft en kun je kijken naar wat de output daar van is. Dat blijkt al vaak heel complex te zijn. De emergente fenomenen, die je krijgt als je een simpel systeem maakt met slechts een paar componenten, zijn al verbluffend.

Stel dat we in de wetenschap verder en verder komen, steeds meer begrijpen hoe cellen werken, en uiteindelijk echt synthetische cellen zouden kunnen bouwen. Hoe ver zouden we daar volgens jou dan als mensheid in door moeten gaan? Willen we echt leven kunnen creëren van de grond af, of willen we het enkel begrijpen en bepaalde aspecten ervan toepassen in bijvoorbeeld het genezen van sommige ziektes? Waar moeten we een grens trekken?

Dat is een vraag die je als wetenschapper niet alleen kan beantwoorden. Daarover moet je in dialoog met allerlei belanghouders, en mensen uit allerlei disciplines. Binnen ons BaSyc project hebben we de groep van Hub Zwart aan de Erasmus Universiteit Rotterdam die zowel de ethische als filosofische kanten van het bouwen van synthetische cellen onderzoekt. Ook denken zij na over hoe je processen zou moeten inrichten voor co-creation, waarbij je vanaf het begin van onderzoek wetenschappers samenbrengt met mensen vanuit andere hoeken.

Wat is jouw persoonlijke smaak daarin? Hoe ver zou je zelf willen gaan?

Persoonlijk zou ik terughoudend zijn, en niet al te snel door willen pushen als je nog geen goede dialoog hebt gehad. Echter zitten wij in ons onderzoek in de praktijk nog zo ver van een synthetische cel af, dat ons onderzoek zich in die zin momenteel vooral focust op hoe een bepaald mechanisme in de cel werkt. Met een simpel model dat heel ver afstaat van een complete cel hopen we dat dan te kunnen onderzoeken, en hier vooruitgang mee te boeken. Het maken van een synthetische cel is een veel langere termijn-agenda. Dat kost vele (tientallen) jaren. Het is ook zo nieuw; er zijn naar mijn weten weinig voorbeelden van dergelijke activiteiten.

Zou je het willen kunnen; een gehele synthetische cel van de grond af bouwen? Of wil je niet tot dat stadium komen?

(denkt na). Ik weet het niet. Ik denk, heel eerlijk gezegd, dat het niet echt realistisch is. Misschien dat je wel iets kan creëren dat veel complexer is dan wat we tot nu toe kunnen bouwen, maar de complexiteit van leven is dermate groot. Hoe ver kan je dat blijven uitkleden? En komt leven op gang als je een levenloos systeem voldoende complex maakt? Er zijn mensen die dat top-down benaderen: beginnen met een levend organisme en het genoom steeds meer reduceren om te komen tot een minimale set genen die nodig is voor leven. Dan kom je op 300 genen of zoiets; complex doch misschien wel behapbaar. Maar dan hebben we het enkel nog over micro-organismen! Mijn eigen interesse gaat meer uit naar humane biologie; multi-cellulaire organismen waarbij cellen zich ook nog eens gespecialiseerd hebben in het maken van weefsels en organen. Dat is zo complex, dat hoe meer ik over biologie bijleer, ik meer respect krijg voor die complexiteit waar ik niet eens van afwist.

Elk afzonderlijk systeem in een cel is al heel complex, en als je het gaat combineren wordt het al helemaal een ingewikkeld verhaal.

De Wetenschap

Jullie werken met een bottom-up approach. Je neemt een paar van de bouwsteentjes en onderzoekt daarmee bepaalde mechanismen van de cel. Kun je ons in je eigen woorden verduidelijken waar jullie in jouw groep mee bezig zijn, en wat daar de mogelijke toepassingen van kunnen worden?

Hier zijn twee richtingen in te onderscheiden: wij maken synthetische cellen (1) en synthetische weefsels (2). Die hebben elk hele andere toepassingen.

Bij synthetische cellen heb je het over de componenten van de cellen die je gebruikt om een modelsysteem te bouwen. Hierbij zijn we eigenlijk vooral geïnteresseerd in het cytoskelet; de mechanische machinerie van de cel, die voor mechanische bescherming zorgt van cellen en zorgt dat ze kunnen vervormen, bewegen en delen. Dit onderzoek zit vrij ver van een directe toepassing af; het modelsysteem heeft op zichzelf niet direct een toepassing, maar het kan wel inspireren tot het maken van synthetische materialen. Bij de afdeling Chemical Engineering aan de TU Delft zitten bijvoorbeeld mensen die geïnteresseerd zijn in het maken van synthetische materialen die net als microtubuli (eiwit-‘draadjes’ die deel uitmaken van het cytoskelet) dynamic turn-over hebben (het voortdurend vernieuwen van zichzelf). Bij dit proces is er een balans tussen het loslaten en opbouwen van eiwitten, waardoor er een continue vervanging is van eiwitten in de microtubule draad. Zo zie je dat biofysisch onderzoek aan het cytoskelet kan inspireren. Je leert namelijk nieuwe ontwerpprincipes die uit de natuur komen en die heel anders zijn dan de concepten die we tot nu toe gebruiken voor het maken van geavanceerde materialen.

Een tweede toepassing van ons onderzoek is het begrijpen van de rol van het cytoskelet in gezondheid en ziekte. Het cytoskelet is heel belangrijk voor migratie van cellen, en zo ook voor het migreren van kankercellen. Veranderingen in het cytoskelet maken de invasie van kankercellen mogelijk. Al weten we nog steeds niet welke veranderingen dit nu precies zijn. Ons onderzoek zou uiteindelijk kunnen bijdragen aan het vinden van betere therapieën. Huidige therapieën richten zich bijvoorbeeld op het plat leggen van het microtubule-cytoskelet, wat een belangrijke rol heeft in celdeling. Kankercellen delen zich sneller dan gezonde cellen, dus als je deze microtubuli uitschakelt hebben de kankercellen daar hopelijk iets meer last van dan gezonde cellen. Dit wordt gedaan met chemotherapie, maar zoals we allemaal weten is dit heel erg toxisch en helaas niet heel specifiek voor enkel kankercellen. Als je dus eigenschappen zou kunnen vinden die kankercellen specifieker onderscheiden van een gezonde cel, kan je misschien specifiekere therapieën ontwikkelen. Wij denken dan vooral aan crosstalk­ (de samenwerking of communicatie als het ware) tussen verschillende elementen van het cytoskelet. Niet enkel de microtubuli dus. Juist de koppeling tussen verschillende elementen is verstoord in kankercellen. Als je deze koppeling zou kunnen aanpakken, verkrijg je misschien een specifieker geneesmiddel.

Voor onze synthetische weefsels gebruiken we levende cellen. Een weefsel is een samenstelling van cellen en extracellulaire matrix, collageen bijvoorbeeld. In weefsels is er een hele nauwe wisselwerking tussen cellen en de matrix eromheen, die er voor zorgt dat weefsels gezond zijn, kunnen groeien en zich herstellen. We weten sinds een paar jaar dat met name ook mechanische krachten daarbij heel belangrijk zijn. Voorheen zijn die mechanische krachten in de biologie niet zo heel veel meegenomen, maar daar is nu heel veel aandacht voor. Wij kijken dus naar dat mechanische samenspel tussen cellen en de matrix. Een beter begrip van dat samenspel kan helpen bij het ontwikkelen van nieuwe weefsels. We zijn nu, sinds ik afgelopen jaar in Delft ben, toenadering aan het zoeken tot mensen op het Erasmus MC die geïnteresseerd zijn in weefselherstel. Zo heb ik bijvoorbeeld een samenwerking met Gerjo van Osch die geïnteresseerd is in kraakbeenherstel, en werk ik ook samen met Luc van der Laan en Monique Verstegen die aan de lever werken. Dit focust zich dus meer op biomedische toepassingen van ons onderzoek.

Wat is volgens jou je grootste ontdekking die jij in jouw carrière hebt bijgedragen aan je vakgebied?

(lacht) Ik kan niet direct wijzen op een specifieke, revolutionaire ontdekking. Ik denk dat we met onze groep vooral nieuwe richtingen inslaan in het biofysisch onderzoek, bijvoorbeeld met die crosstalk van het cytoskelet. Dat is iets wat heel nieuw is. Mensen hebben hier nog niet zo goed over nagedacht. Omdat het zo nieuw en lastig is, vergt het ook moed om hier aan te beginnen. Elk afzonderlijk systeem in een cel is al heel complex, en als je het gaat combineren wordt het al helemaal een ingewikkeld verhaal. Ik vind dat gewoon heel interessant en denk dat het heel belangrijk is in de biologie. Ik ben er een paar jaar geleden aan begonnen en ik merk wel dat wat we doen heel zichtbaar is. Mensen gaan zich er steeds meer in interesseren. Toch staan we pas aan het begin. We hebben al een paar interessante bevindingen, maar er moet nog veel onderzocht worden.

Is er dan een moment geweest in je carrière, of het nu tijdens je PhD of Postdoc of huidige onderzoek was, waar je echt het meest trots op bent? Dat je dacht: “Wow, nu heb ik echt iets te pakken.”

Dat is toch wel het durven de weg in te slaan van dingen die nieuw zijn, wat in het huidige wetenschappelijke stelsel wat moed vergt. Het is niet per se de makkelijkste route om even ‘te scoren’. Nu sta ik ook in een gelukkige positie. Ik heb een vaste baan, en tot nu toe gaat het met de financiering goed. Dan vind ik ook dat je dingen moet aandurven die een langere adem hebben. Ik ben heel blij dat we dat doen, en trots op het feit dat we dingen doen die nieuwe wegen openen.

Hoe moeilijk of hoe makkelijk is het in de wetenschappelijke wereld om een nieuwe weg in te slaan? Je noemt bijvoorbeeld financiering, maar hoe werkt dat? Word je daar in gesteund, of moet je het allemaal zelf doen?

Wat bij mij erg heeft geholpen, is het krijgen van persoonlijke (wetenschappelijke) subsidies: eerst een Vidi, een startsubsidie, en nu meer recent een Vici. Daarmee kan je gewoon ongebonden, nieuwsgierigheid gedreven onderzoek doen. Ook zijn het wat grotere budgetten, waardoor je meer mensen tegelijkertijd ergens aan kan laten werken. Het project krijgt zo een langere adem en de ruimte om die nieuwe wegen in te slaan. De meeste andere subsidies zijn korter, kleiner, of gebonden aan samenwerkingen met bijvoorbeeld de industrie. Dan moet je bij wijze van spreken gaan sprokkelen om toch een langere visie uit te kunnen stippelen. Persoonlijke subsidies zijn dus heel belangrijk om vernieuwend onderzoek mogelijk te maken.

Zijn er nog doelen of wensen die je hoopt te bereiken in je verdere carrière? Geniet je rustig van dag tot dag en kijk je waar je onderzoek je heen leidt, of is er een specifiek doel waar je heen werkt?

Ik zit er denk ik een beetje tussen in. Ik heb altijd wel een stip op de horizon waar ik naar toe wil, maar dat is geen horizon die per se tot aan mijn pensioen loopt. Dan vind ik het namelijk heel saai worden, als je zo’n vaste agenda hebt en geen ruimte voor evolutie. Ik geloof dat het meest leuke en inspirerende aan dit werk is om wendingen toe te kunnen laten. Voor mij is de omgeving daarbij ook heel belangrijk, wat mede een inspiratie was om te verhuizen naar Delft. Dan heb je weer een andere omringing. Denk maar aan bijvoorbeeld onze samenwerkingen met het Erasmus MC. Zo ontstaan er ook weer nieuwe ideeën. Typisch heb ik een horizon van 5 jaar, en globaal misschien nog wel iets verder, maar tegelijkertijd probeer ik dat te balanceren met serendipiteit en het tegenkomen van mensen. Op die korte horizon van 5 jaar hoop ik wel verder te komen met dat begrip crosstalk, met name in de celmigratie. Hoe werkt die bijdrage en samenwerking van de verschillende cytoskelet elementen nou echt? Met het nabouwen van een cel hoop ik in ieder geval een machinerie te kunnen maken waardoor een cel zich kan splitsen, en eigenlijk wil ik ook heel graag migratie kunnen reconstitueren in een cel. Dat zijn wel dromen die op de horizon liggen. Wat ons weefselwerk betreft, is mijn ambitie vooral echt om een connectie te kunnen maken met biomedische toepassingen. Dat is een toenaderingsproces, omdat we in principe vanuit een hele fundamentele hoek komen. Ik hoop heel erg dat de kennis en de expertise die we hebben, kunnen helpen in de samenwerking met biomedici en misschien zelfs klinische onderzoekers om hun op korte termijn verder te kunnen helpen.

Uitdagingen pak je niet enkel aan door korte termijn-onderzoek te doen, maar ook door fundamenteel onderzoek te doen.

De Persoonlijkheid

Wat betekent wetenschap voor jou?

(lacht) Het betekent heel veel natuurlijk. Ik voel me in essentie gewoon een wetenschapper, dus ik ben altijd in mijn hoofd met ideeën bezig. Ook ben ik heel erg met mensen bezig. Dat zie ik als een belangrijk aspect, en wat ook mijn passie is. Mensen opleiden en met elkaar steeds verder komen. Zij leren, maar ik leer ook voortdurend. Dat aspect dat je continu aan het leren bent, op allerlei vlakken, inhoudelijk maar ook over hoe je wetenschap doet en hoe je mensen het beste kan motiveren en helpen om het beste uit zichzelf te halen, daar draait het voor mij om.

Wat is jouw favoriete wetenschappelijke ontdekking? Heb je iets wat je heel erg heeft geïnspireerd?

Ik heb niet specifiek één favoriete wetenschapper of ontdekking. Voor mij was vooral de ontdekking dat je onderzoek kan doen tussen verschillende disciplines een hele grote. Ik ben als chemicus opgeleid, maar dat ging tijdens mijn promotie al meer naar het snijvlak van chemie en natuurkunde toe. Daarna ontdekte ik dat je dat ook nog eens kan combineren met biologie. Daar kwam ik achter toen ik mensen tegen kwam die op dat snijvlak bleken te werken, zoals Marileen Dogterom, Christoph Schmidt, Fred MacKintosh, Kees Storm, etc. Allemaal mensen die dat als werk doen. Het was voor mij enorm inspirerend om dat hele interdisciplinaire veld te ontdekken.

Een algemene vraag die ik vaker stel aan de wetenschappers op DWIN: Hoe goed of hoe slecht zijn we op dit moment als mensheid bezig volgens jou?

Ik zou zeggen dat we jammer genoeg niet zo goed bezig zijn. Ik maak me wel zorgen over het klimaat, eerlijke voedselvoorziening voor iedereen, oneerlijkheid tussen verschillende continenten, etc. Je merkt dat kinderen zich zorgen maken, en als ouder voel ik als het ware een soort schuld dat wij de wereld niet echt heel goed aan het achterlaten zijn voor onze kinderen en hun kinderen.

Wetenschappers werken heel hard aan het oplossen van o.a. klimaatproblemen, gezondheidsproblemen, energie problemen. Toch lijkt het alsof het wantrouwen in de wetenschap vandaag de dag onder het grotere publiek aan het toenemen is. Heb jij misschien een visie over hoe we daar als wetenschappers of als maatschappij mee om moeten gaan?

Je ziet zeker tendensen dat onder bepaalde groepen dit wantrouwen groeit, al denk ik ook wel eens dat het misschien teveel uitvergroot wordt. Er zou meer balans moeten komen (en dat ligt ook wel bij de wetenschappers) door beter te communiceren over de vele wetenschappelijke ontdekkingen die op een positieve manier bijdragen aan de samenleving. Ik denk vooral dat communiceren heel belangrijk is. Zelfs onderzoek dat ogenschijnlijk heel fundamenteel is, heeft goede redenen en is uiteindelijk wel nodig om al die uitdagingen aan te kunnen. Uitdagingen pak je niet enkel aan door korte termijn-onderzoek te doen, maar ook door fundamenteel onderzoek te doen. Wetenschappers doen hun onderzoek niet zonder goede redenen, het is niet simpelweg hun hobby. Ze zijn zich héél erg bewust van het feit dat hun onderzoek ook maatschappelijk relevant moet zijn. Ik weet niet of iedereen dat ziet, dat dit momenteel heel erg aan het gebeuren is.

Wat hebben we volgens jou als maatschappij het hardste nodig op dit moment? Betere communicatie? Of zijn er nog andere aspecten?

Om daadwerkelijk iets te gaan veranderen, denk ik dat ook de politiek het nut van wetenschap duidelijker zal moeten inzien. Het varieert van land tot land in hoeverre dat zo is, en in Nederland staan we er niet zo goed voor, vind ik.

Ervaar je dat zo; dat de politiek zich in Nederland niet zo verbonden voelt met de wetenschap? Waarin uit zich dat volgens jou?

Deels uit zich dat in financiering, met name in de bètawetenschappen. Er zijn wel organen zoals de KNAW (Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen) die zich daar heel erg mee bezig houden. Het wordt steeds moeilijker om nieuwsgierigheid gedreven bottom-up onderzoek te doen. De KNAW heeft daar onlangs een zeer interessant rapport over gepubliceerd, en daarin ook aanbevelingen gedaan aan de overheid om balans aan te brengen in de financiering van onderzoek. Er zijn bijvoorbeeld landen die zich veel meer laten adviseren door wetenschappers, zoals Duitsland en Groot-Brittannië, waar een grotere connectie bestaat tussen de politiek en de wetenschap. 

Wat zouden we dan nodig hebben om die verandering in de samenwerking tussen politiek en wetenschap bij ons te brengen?

(grinnikt) Misschien moeten wel meer wetenschappers de politiek ingaan? Of moeten we net als Duitsland een minister-president hebben die Natuurkunde heeft gestudeerd. (serieus) Het zijn geen gemakkelijke dingen om te veranderen. Het begint volgens mij al bij onze cultuur, hoe we kinderen laten kennis maken met wetenschap en reeds van jongs af aan laten zien hoe belangrijk en interessant het is.

Als jij nu voor een volle zaal studenten zou staan en hun één levenswijsheid mee zou mogen geven, wat zou je ze dan vertellen?

Ik zou hun meegeven om hun hart te volgen, en zich niet te laten beperken door allerlei angsten zoals “Kan ik hier wel een baan in vinden? Als ik in de wetenschap door zou gaan, kan ik daar dan wel een voet aan de grond krijgen?”. Het is heel erg jammer om dat soort zorgen, waarvan ik weet dat die best vaak spelen, je keuzes te laten beïnvloeden. Je leeft maar één keer. Het is cliché, maar als je je hart volgt, dan maak je gewoon de beste keuzes. Misschien dat die niet allemaal uitkomen zoals je had verwacht, maar dan nog heb je wel het heft in eigen handen genomen en heb je je hart gevolgd in de keuzes die je hebt gemaakt.

En dan de afsluiter, jouw DWIN: Heb je een weetje of feitje waar je de lezer mee kan verrijken?

Ik heb een heel bizar feitje wat ik recentelijk door mijn vader doorgestuurd kreeg, en dat is deze: Er bestaan sprinkhanen die tandwielen hebben! Een net verschenen publicatie in Science, met plaatjes, laat dat zien. Echt bizar! Sommige sprinkhanen hebben als ze nog jong zijn kennelijk tandwielen bij hun pootjes om te kunnen springen, en die verdwijnen als ze ouder worden.

(lacht) Je gaat je bijna afvragen: Hoe kan het dat dit nieuws nu pas ontdekt is?

Dat weet ik niet. Ik heb het artikel net pas doorgestuurd gekregen, en ik viel bijna van mijn stoel toen ik het las. Je denkt toch bij de natuur aan organische vormen, geen tandwielen. Hoe kan de natuur daar nou op uitgekomen zijn als werkbaar mechanisme? Het illustreert hoe verbazend de natuur blijft. Er worden nog steeds nieuwe dieren en organismen ontdekt, met nieuwe verassingen en illustraties over hoe complex het allemaal is. Dat vind ik fantastisch.

Bij deze zijn alle vragen gesteld. Ontzettend bedankt voor je interessante antwoorden, Gijsje!