InterviewNynke Dekker

Spinoza-winnaar Nynke Dekker: ‘Wij hebben de biologie dynamiek gegeven’

Beeld Studio Oostrum/Hollandse Hoogte

Nynke Dekker trekt met een pincet aan DNA-moleculen. Om te achterhalen hoe de motor van het leven werkt. Voor dat werk ontvangt zij dit jaar de Spinozapremie, de hoogste onderscheiding in de Nederlandse wetenschap. Ze vertelt over haar onderzoek.

“Als biologen cellulaire processen bestuderen, als ze bijvoorbeeld willen weten hoe het DNA wordt bewerkt door eiwitten, werken ze vaak met heel veel DNA-moleculen en eiwitten samen in een vloeistof. Wat ze dan meten, is de gemiddelde interactie. Ze zien niet alle variatie. Met onze fysische technieken kunnen wij de wisselwerking tussen één DNA-molecuul en één eiwit heel precies in de tijd volgen.

“Wij werken veel met een magnetisch pincet. Daarmee kunnen we één enkel DNA-molecuul vastpakken, eraan trekken en draaien. Als je daar een eiwit bij stopt, kun je aan de trekkrachten zien hoe de twee op elkaar reageren.

“Het DNA zelf zien we niet. Het molecuul kan heel lang zijn, maar ook erg dun. Het is hooguit twee nanometer dik (een nanometer is het miljoenste deel van een millimeter, je). Dat zie je niet met een gewone optische microscoop. Wat we zien zijn de kleine magnetische bolletjes die we aan het DNA hebben vastgemaakt. Daaraan trekken we met het pincet. Uit de bewegingen van het bolletje bij de diverse krachten leiden we de vormveranderingen van het DNA-molecuul af.

De Spinoza- en Stevinpremies 2020

Zes Spinoza- en Stevinpremies kent NWO dit jaar toe. Het zijn de meest prestigieuze onderzoeksbeurzen die de onderzoeksfinancier namens de overheid uitreikt. Spinozapremies worden toegekend voor fundamenteel wetenschappelijk werk van uitzonderlijk niveau, en Stevinpremies voor wetenschappelijk onderzoek met een bijzondere betekenis voor de samenleving.

Twee van de vier Spinozalaureaten komen uitgebreid aan het woord: Nynke Dekker (biofysica, Delft) en Pauline Kleingeld (ethiek, Groningen). De andere Spinozalaureaten zijn:

Jan van Hest, hoogleraar bio-organische chemie in Eindhoven. Van Hest droomt, in een groot netwerk van Nederlandse onderzoekers, van kunstmatige cellen; levensvormen die volledig door de mens zijn gemaakt en functioneren zoals het echte leven. Of dat doel ooit bereikt zal worden staat nog te bezien, maar onderweg bouwen de wetenschappers wel structuren en onderdelen die bruikbaar zijn, met name voor medische doelen. Van Hest was de eerste die polymersomen maakte: kunstmatige bolletjes die een levende cel kunnen binnengaan en die je een medicijn zou kunnen meegeven. En Van Hest was onder meer de uitvinder van een chirurgische pleister die bloedklontering bevordert.

Sjaak Neefjes, hoogleraar chemische immunologie in Leiden. Neefjes combineert de kennis en technieken van chemie en biologie om zichtbaar te maken wat er in levende cellen gebeurt, bijvoorbeeld als die worden geïnfecteerd door een virus of bacterie. Fundamenteel onderzoekswerk, dat echter leidt tot klinische toepassingen. Zo bracht Neefjes in kaart wat anthracyclines precies in de cel doen. Anthracyclines worden gebruikt om kankercellen te doden. Dat kan maar gedurende een korte periode, omdat ze op een gegeven moment hartschade veroorzaken. Neefjes achterhaalde hóe anthracylcines het DNA van een cel precies kapot maken, en kon met die kennis varianten ontwikkelen die effectief zijn tegen kanker maar het hart met rust laten.

De twee Stevinpremies werden toegekend aan:

Ton Schumacher, groepsleider moleculaire oncologie in het Antoni van Leeuwenhoek en hoogleraar immuuntechnologie in Leiden. Schumacher speelt een belangrijke rol in de ontwikkeling van immuuntherapie tegen kanker. Daarbij wordt de eigen afweer van het lichaam ingezet om kankercellen onschadelijk te maken. De therapie is voor steeds meer vormen van kanker toepasbaar, naast chirurgie, bestraling en chemotherapie. Schumacher stond aan de wieg van het onderzoek naar neo-antigenen, nieuwe eiwitten die de cel kan produceren als zijn DNA is beschadigd. Neo-antigenen komen alleen in tumoren voor en kunnen worden gebruikt om vaccins tegen tumoren te ontwikkelen, die kunnen worden toegesneden op de individuele patiënt.

Linda Steg, hoogleraar omgevingspsychologie in Groningen. Lezers van deze krant zijn Steg regelmatig tegengekomen, onder andere in de Duurzame 100. De Groningse psychologe promoveerde ooit op een onderzoek naar gedragsverandering ter vermindering van autogebruik, en heeft zich sindsdien ontwikkeld tot een toonaangevende expert op het gebied van milieu- en klimaatvriendelijk gedrag. Dat laat ze onder meer zien in het IPCC, het klimaatpanel van de VN, dat ooit het exclusieve domein was van natuurwetenschappers. Steg bestrijdt met haar onderzoek het misverstand dat mensen alleen bereid zijn om iets voor milieu en klimaat te doen als hen dat financieel gewin oplevert. “Dat klopt niet”, zei ze ooit in deze krant. “Hoe meer zorgen iemand zich maakt, hoe meer neiging om in actie te komen.”

“Toen we hiermee begonnen, konden de computers die afleiding maar voor één DNA en één eiwit aan. Daar was je een dag mee bezig. Voor een compleet beeld moest je het experiment vaak herhalen met alle mogelijke soorten interacties. Nu kunnen we in één experiment naar honderden DNA-moleculen tegelijk kijken, en toch elk molecuul één voor één uitmeten. De moleculen zitten allemaal vast op een glasplaatje en wuiven als grassprietjes in de vloeistof. Elk voorzien van zo’n bolletje. Wij meten het brekingspatroon van het licht dat we er doorheen sturen.

“Dat levert waardevolle informatie op. Structuurbiologen kunnen nauwkeurige, driedimensionale beelden maken van eiwitten. Wij maken bewegende beelden. Vergelijk het met een machine, of de motor van een auto. Je kunt alle onderdelen wel één voor één bekijken, maar dan weet je nog niet hoe die motor werkt. Wij zien hoe elk onderdeel zijn functie uitvoert, wij meten de dynamiek van het geheel. Daarmee vullen we het werk van de biologen mooi aan.

“Ik werk nu twintig jaar in dit vakgebied. In het begin keken de biologen met enige scepsis naar ons. Dat is leuk voor die fysici, dachten sommigen. Een beetje naar de dynamiek van DNA kijken, maar veel interessanter dan dat vonden ze het niet. Dat kwam ook doordat wij nieuw terrein betraden en moesten ontdekken wat wij konden bijdragen. Dan ga je natuurlijk met bekende eiwitten aan de slag. Waarop biologen reageerden: dat weten we al!

Wie is Nynke Dekker?

Nynke Dekker (1971) is hoogleraar moleculaire biofysica aan het Kavli Institute of Nanoscience van de Technische Universiteit Delft. Ze haalde haar bachelor in de wis- en natuurkunde aan de universiteit van Yale, studeerde af in de natuurkunde aan de universiteit van Leiden en promoveerde, eveneens in de natuurkunde, aan de universiteit van Harvard. Na een postdoc in Parijs kwam ze naar de TU Delft waar ze in 2008 hoogleraar werd. Ze is sinds 2015 lid van de KNAW en was tussen 2012 en 2017 het jongste en eerste vrouwelijke bestuurslid van de natuurkundestichting FOM.

“Inmiddels is dit omgeslagen en is de waardering algemeen. Zo hebben we gekeken naar het proces waarin een virus een kopie maakt van zijn erfelijk materiaal, het RNA. Hoe werkt het meest betrokken eiwit, de polymerase, precies? Wanneer maakt het een foutje? Hoe controleert het daarop?

Onbekende effecten ontdekken

“Wat zeg je? Of we dat proces kunnen volgen? Jawel hoor, het gaat razendsnel, twintig bouwsteentjes per seconde, maar dat zien we wel. En voor de natuur is dat niet heel snel. Bacteriën zetten hun DNA met duizend bouwsteentjes per seconde in elkaar.

“Het leukste hierin vind ik dat we met onze metingen, of eigenlijk met de fysische interpretatie van wat we zien, onbekende effecten kunnen ontdekken. En dat we dat effect dan ook in de cel terugzien. Zo hebben we eens aan een chemotherapeutisch middel niet alleen gezien hoe het kankercellen doodt, maar ook een andere werking. En recent nog, hoe een bacterie als die weinig voedsel heeft en in een soort beschermende modus gaat, en dan toch zijn kopieerproces weet voort te zetten.

“Ik ben via een omweg in dit vakgebied terechtgekomen. Op de middelbare school heb ik biologie laten vallen. Ik vond wis- en natuurkunde leuker, want exacter. Daarna ben ik in de Verenigde Staten, aan de universiteit van Yale gaan studeren. Je had daar veel meer keuzemogelijkheden dan hier, zeker destijds. Mijn oog viel toen op moleculaire biofysica en biochemie, maar daar koos ik toch niet voor. De scheikunde in die richting vond ik saai. Al die routinematige proefjes. Natuurkunde vond ik veel leuker, daar werd je vrijer gelaten. Mocht je veel zelf knutselen.

Een waardevolle bijdrage  aan de biologie

Na mijn promotie, in de natuurkunde, stelde ik mij de vraag: hoe nu verder? Dat was zo rond de millenniumwisseling en het was de tijd van het humane genoom project. De technieken om dat genoom af te lezen hadden een hoge vlucht genomen en ik zag daar ineens perspectieven in. De biologie is een stuk kwantitatiever geworden, dacht ik.

‘Toen ben ik als postdoc aan de slag gegaan op de École Normale Supérieure in Parijs waar ik geleerd heb te werken met het magnetische pincet. Inmiddels ben ik meer dan vijftien jaar terug in Nederland. Aan de TU Delft om precies te zijn, waar we dit werk hebben uitgebouwd in het laboratorium voor biofysica op nanoschaal. Daar hebben we laten zien dat de biofysica een waardevolle bijdrage kan leveren aan de biologie. De dynamica van biologische processen heeft de beelden uit de leerboeken bijgesteld.

“Intussen is ons werk langzaam geïntegreerd met de biologie. Ik zou bijna zeggen dat we ons overbodig aan het maken zijn. Sommige fysische opstellingen en meettechnieken waar wij aan hebben zitten sleutelen, zijn nu gewoon te koop. Je hoeft minder diepgravend inzicht in de fysica meer te hebben. Het is nog geen druk op de knop, maar makkelijk is het wel.

“Om ons toch nuttig te houden gaan wij nu een stap dieper de biologie in en kijken we naar complexe systemen. Wij zijn nu bijvoorbeeld het kopieerproces van het DNA in gist aan het bestuderen. Dan heb je het over een kopieerapparaat waar twintig à dertig eiwitten bij betrokken zijn.

Het geld van de Spinozapremie

“Ik denk dat ik een deel van het geld van de Spinozapremie gebruik om dat onderzoek, waar we een jaar of vijf geleden mee zijn begonnen, uit te bouwen. En wellicht gaan we ook verder met RNA-replicatie. Dat was tot voor kort geen richting waar je gemakkelijk fondsen verwierf, maar dat is met het coronavirus wel anders aan het worden.

“Wat het hoogst haalbare is in dit vak? De heilige graal? Tja, je zou kunnen denken aan het nabouwen van een complete cel. Dat is de oude wijsheid van Richard Feynman, de Nobelprijswinnaar: je begrijpt een systeem pas als je het zelf kunt bouwen. Daar herken ik me wel in.

“Maar een cel is wel heel ingewikkeld. Duizenden componenten, en als je er eentje uit haalt, doet ie het niet meer. Je zou ook kunnen denken aan een synthetisch chromosoom. Dat is al heel complex. Dat is niet alleen DNA, er zitten ook allerlei eiwitten omheen, die het zijn structuur geven. Zonder die eiwitten past het DNA niet in de cel. Het zit helemaal opgevouwen en raakt toch niet in de knoop. En dan is de vraag: hoe slaagt die kluwen erin een kopie van zichzelf te maken?”

Lees ook:

De winnaars van de Spinoza- en Stevinpremies onderzoeken het grote en het kleine

De laureaten van 2019 vertellen over hun werk.

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden