De ene doorbraak na de andere
Hoe flikken ze dat bij het Stratingh?
Door Christien Boomsma
By Christien Boomsma
Christien Boomsma
Christien is sinds 2016 achtergrondcoördinator bij UKrant. Ze plant de achtergrondverhalen en begeleidt de auteurs. Bij haar eigen verhalen ligt de focus op wetenschap en academisch leven. Daarnaast schrijft ze veel over onderwerpen als sociale veiligheid en maakt ze graag persoonlijke interviews. In haar vrije tijd schrijft ze jeugdboeken en geeft schrijftrainingen.Zeven prestigieuze ERC-grants in de laatste vier jaar.
Zes grants van onderzoeksfinancier NWO.
28 publicaties in Nature, Science of een van de bladen uit de Nature-familie in de afgelopen twee jaar. Afgelopen zomer zelfs zes in één week.
Kom daar maar eens om bij andere onderzoeksinstituten van de RUG. Het is niet de enige plek waar het goed gaat, vast niet. Maar dat het Stratingh Instituut voor chemie draait als een tierelier valt niet te ontkennen. Het instituut – niet ván maar mét Nobelprijswinnaar Ben Feringa – telt zeventien groepen, die totaal verschillende dingen doen.
Sybren Otto
Maakt leven in een reageerbuis
Je hebt de Walvoortgroep, die de suikers in moedermelk bestudeert. De Ottogroep, die leven wil maken in een reageerbuis. De Brownegroep, waar ze vooral kíjken naar de manier waarop complexe moleculen reageren. En natuurlijk de Feringagroep, die, naast het ontwikkelen van toepassingen voor de beroemde moleculaire motoren, ook nog probeert een van de grote raadsels uit de chemie op te lossen. Namelijk: waarom is er van ieder molecuul een linksdraaiende én een rechtsdraaiende variant?
Druk
‘De lat ligt in al deze groepen heel hoog’, legt Wesley Browne uit. ‘Je hebt allemaal enorm slimme mensen die op een heel hoog niveau werken, en dat legt druk op je om het zelf ook goed te doen. Niet omdat ze van je verwachten dat je een ERC binnenhaalt of publiceert in Nature – niemand zal je bekritiseren als dat niet gebeurt – maar omdat jij zelf de rest wilt kunnen bijhouden.’
Maar gemakkelijk is dat niet. Het is verleidelijk te denken dat de naaste collega’s van een Nobelprijswinnaar wel een graantje kunnen meepikken van alle aandacht die de prijs sinds 2016 genereerde. Niets blijkt minder waar.
Browne en andere collega’s die vaak nauw met Feringa samenwerken ervoeren zelfs een omgekeerd ‘Feringa-effect’. ‘We hadden veel moeite om beurzen te krijgen, omdat alles werd toegeschreven aan Ben. Voor de buitenwereld lijkt het alsof Ben een enorme club mensen voor zich heeft werken. Maar de werkelijkheid is dat er niemand voor Ben werkt. Hij doet zijn eigen ding, net als wij allemaal. En soms werken we samen.’
Wesley Browne
Lost scheikundige sudoku’s op
Knokken
De Nobelprijswinnaar zélf hoefde niet eens te rekenen op een automatische stroom aan gelden. ‘In Amerika is het anders’, zegt Feringa. ‘Daar krijgt een Nobelprijswinnaar gewoon een bedrag om ongestoord onderzoek te kunnen doen. Maar ik heb net zo goed keihard moeten knokken om de groep draaiende te houden. Het komt je echt niet aanwaaien.’
Niet dat hij klaagt. Hij houdt van Groningen en van het onderzoeksklimaat. ‘Natuurlijk heb ik mezelf wel eens achter de oren gekrabd. Wat als ik naar Amerika, Engeland of Duitsland was gegaan? Maar ik voel me prettig hier. Er is enorm veel solidariteit. We genieten hier van de wetenschap.’
En dát is misschien wel het geheim van het Stratingh Instituut. Een team van chemici uit heel verschillende hoeken die maximaal gebruik maken van elkaars inzichten, zonder elkaar de tent uit te concurreren. Die risico’s durven nemen. En plezier hebben.
Nieuwe expertise
Wil je als nieuweling je voet tussen de deur krijgen, dan moet je bewijzen dat je expertise meebrengt die er nog niet was. ‘Je wilt dat iedereen in het instituut zo verschillend mogelijk is, maar dat je nog genoeg gemeen hebt dat je elkaar kunt begrijpen’, legt Browne uit. ‘Ik ben niet aangenomen omdat ik een postdoc van Ben was. Dat was misschien zelfs wel in mijn nadeel. Ik moest laten zien dat ik anders was als spectroscopist.’
Marthe Walvoort
Gezonder leven door suiker
Het is een cultuur, vertelt Feringa, die door zijn leermeester Hans Wijnberg naar Groningen is gebracht vanuit Amerika en die nog altijd bestaat. ‘Wijnberg was voor de duvel niet bang, altijd op zoek naar nieuwe dingen en bovendien competitief. Ik herinner me dat ik als student bij hem kwam voor een project en hij zei: dat is niet gemakkelijk, maar we gaan de Amerikanen jaloers maken!’ Het project liep natuurlijk hartstikke vast, maar dat was het probleem niet. Er was een attitude van: we doen het gewoon.’
Ze hebben er een naam voor: het vrijdagmiddagexperiment. Experimenten die ‘wild’ zijn, geboren uit pure nieuwsgierigheid, die de deur kunnen openen naar onverwachte resultaten. ‘Soms komen studenten naar me toe met een idee voor zo’n experiment en vragen ze: “Wat als het mislukt?”’, zegt Nathalie Katsonis, die na een negenjarig verblijf aan de Universiteit van Twente terugkeerde naar het Stratingh. ‘Dan zeg ik tegen ze: “Maar wat als het lukt?” Ik wou dat al mijn experimenten vrijdagmiddagexperimenten waren.’
Constructief
Maar waar de competitiedrang in Amerika of Engeland vaak ongezonde vormen aanneemt, blijft het in Groningen vriendelijk en constructief. ‘Op het Stratingh hebben we een veilige omgeving’, zegt Walvoort. ‘Er is altijd iemand bereid mee te lezen als je een grant-aanvraag moet doen, of je te helpen met voorbereiden voor een interview.’ En dat, zegt ze, is best bijzonder. ‘In de States gunnen collega’s elkaar het licht in de ogen vaak niet.’
Ben Feringa
Bouwt moleculaire motoren
Ook de apparaten worden gedeeld. Sijbren Otto stond al klaar om een massaspectrometer aan te schaffen toen hij vanuit Cambridge terugkeerde naar Groningen. Hoefde niet, want er stond al één. ‘Toen ik in Cambridge zat, deed ik elektronenmicroscopie met Mark Stuart hier in Groningen en dat was niet omdat ze er geen hadden. Maar daar kwam je gewoon niet tussen.’
En dan is er de werkbespreking op donderdagmorgen, welhaast heilige bijeenkomsten die al meer dan vijftig jaar bestaan en waar iedereen uit het instituut, van hoogleraar tot masterstudent, bij aanwezig moet zijn. Om half negen precies. Voor een publiek van meestal zo’n 140 man vertelt een student of promovendus dan iets over zijn onderzoek, waarna er een stevige discussie losbarst. ‘Dat is waarschijnlijk de presentatie die mensen het meeste vrezen’, zegt Browne. ‘Deze mensen vragen om serieuze wetenschap en als je die niet levert, staat je een spervuur aan moeilijke vragen te wachten. De lat ligt heel hoog en dat zet mensen ertoe aan om dat niveau ook te bereiken.’
Het is iets dat ze in Twente probeerden te reproduceren, vertelt Katsonis. ‘Maar daar heeft het nooit gewerkt. Als de hoogleraren niet meedoen, vinden de studenten het ook niet zo belangrijk. Of als de deelnemers niet genoeg vragen stellen, zodat je geen levendige discussie krijgt. Het is niet genoeg om zoiets alleen maar te organiseren.’
Kruisbestuiving
In het Stratingh is het essentieel voor community building, zegt Feringa. ‘De studenten leren presenteren, maar ik leer ook over wat er bij Marthe of Sijbren gebeurt. En soms denk je: hee, zij gebruiken díe techniek om iets op te lossen, of ik zie dat Adri Minnaard vast zit met een probleem waar wij misschien mee kunnen helpen. Die kruisbestuiving is heel belangrijk.’
Nathalie Katsonis
Onderzoekt het raadsel van beweging
Bovendien breng je studenten groot in een sfeer van excellente wetenschap. ‘Je wilt ze niet inperken’, zoals Browne het zegt, zodat je er later, als ze gegroeid zijn, zelf van kunt profiteren. ‘We hebben goede, gedreven promovendi nodig, dus creëren we die!’
Heeft de Nobelprijs dan helemaal niets extra’s gebracht voor het instituut, anders dan een razend drukke en veelvuldig afwezige Ben Feringa? Toch wel, denkt Otto. ‘Voor de Nobelprijs was het: Groningen? Waarom zou je daarheen willen? Na de Nobelprijs is dat geen vraag meer.’
Erkenning
Ook Browne ziet erkenning als de grootste winst. In Groningen houden mensen er niet van om hun hoofd boven het maaiveld uit te steken, denkt Browne. ‘Maar we staan als universiteit in de top 100 en scheikunde staat in de top 50. Het gaat niet alleen om Stratingh, maar ook over een deel van het Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute, het Zernike Institute, enzovoort.’ Maar juist dat werkte tegen hen, denkt Browne. ‘Wat hebben de RUG of de faculteit eraan om jou te helpen als je alles al goed doet?’
Maar dát, zegt hij, is voorbij. ‘Nu hebben we iets waarmee we ons kunnen onderscheiden van de rest. We hoeven niet om meer erkenning te vragen. We hebben al genoeg.’
Sijbren Otto
Maakt leven in een reageerbuis
Al bijna tien jaar concentreert Sijbren Otto zijn onderzoek op een van de meest fundamentele vragen die er is: hoe ontstaat leven nu eigenlijk?
Om die vraag te beantwoorden probeert hij kunstmatig leven te creëren in een reageerbuis. Hij werkt daarvoor met ringvormige moleculen die aan elkaar gaan plakken en daarmee een buisvormige structuur vormen. Maar na een tijdje breekt dat buisje, waarna er nieuwe moleculen aan gaan plakken: zo repliceren ze zichzelf.
Door te werken met twee soorten bouwsteentjes in plaats van één, ontdekte hij vervolgens dat er andere ringen ontstonden, die ook weer anders reageren op hun omgeving: hij had een vorm van evolutie gecreëerd.
In juni volgde een spectaculaire volgende stap. In twee publicaties in Nature Catalysis and Nature Chemistry liet hij zien dat zijn moleculen een metabolisme hebben. Ze kunnen ‘eten’: stoffen uit hun omgeving omzetten in materiaal waarvan ze kunnen groeien.
En nu? ‘Als we nu de replicatoren zover kunnen krijgen dat ze materiaal katalyseren dat een compartiment maakt, dan heb je naast replicatie en metabolisme ook de derde pijler onder het synthetische leven’, zegt hij.
Zo’n compartimentje is onmisbaar. ‘Als de replicatoren voedsel gaan produceren, moeten ze dat bij zich houden. Je wilt niet dat iemand profiteert die geen werk heeft gedaan. Dan profiteert iedereen en is er dus geen evolutie.’
Hij denkt dat zo’n compartimentje misschien gevormd kan worden door kleine druppeltjes coacervaat. Voorlopig zal hij die nog gewoon toevoegen aan zijn replicatoren. Pas als dat gelukt is, wil hij een stap terug doen en kijken hoe hij de moleculen ertoe kan brengen ze zélf te maken.
Wesley Browne
Lost scheikundige sudoku’s op
Wesley Browne heeft een ondersteunende functie, zegt hij zelf. Voor zijn werk als spectroscopist bestudeert hij chemische reacties, om te ontdekken waarom en hoe die plaatsvinden. Maar om dat te kunnen doen, hebben hij en zijn team zowel de juiste expertise als de juiste instrumenten nodig.
Dat klinkt misschien vanzelfsprekend, maar Browne en zijn mensen zijn gespecialiseerd in taken die vrijwel niet meer gedaan worden. ‘Er zijn nog maar heel weinig mensen die de vaardigheid hebben om reacties te bestuderen. Je zou kunnen zeggen dat ik scheikundige sudoku’s oplos.’
Dit betekent ook dat hij samenwerkt met zo ongeveer iedereen binnen het Stratingh Instituut. ‘En als ik mijn collega’s help, ontwikkel ik ook de vaardigheden om mijn eigen problemen op te lossen’, zegt hij. Browne werkte samen met Sijbren Otto aan diens zelfreplicerende moleculen, met Ben Feringa aan moleculaire motoren, ‘maar ook met tandheelkunde aan een project dat bestudeerde of kunsttanden fasetransities ondergaan als ze gebruikt worden.’
Het spannendste project waar hij momenteel aan werkt? ‘Verf zien opdrogen’, lacht hij. ‘We kijken naar harssoorten die gebruikt worden aan de binnenzijde van olievaten, zodat we het kobalt en styreen dat daar in zit kunnen vervangen.’ Zowel kobalt als styreen zijn weinig duurzaam, maar ze leveren wel een uitermate sterke coating op. ‘We moeten er een ontwikkelen die niet beter is en ook niet slechter, maar precies hetzelfde’, zegt Browne.
Hij vindt zulke ingewikkelde kwesties geweldig. ‘Als je één ding verandert, verander je meteen meerdere dingen. En net als je denkt dat je weet hoe iets werkt, doe je een paar experimenten en besef je dat je het helemaal niet weet. Dat is enorm uitdagend.’
Marthe Walvoort
Gezonder leven door suiker
Marthe Walvoort is gefascineerd door suiker. Twee soorten om precies te zijn: gezonde suikers zoals je die aantreft in moedermelk en de ziekmakende suikers die bacteriën gebruiken om een infectie te veroorzaken.
Suikers zijn namelijk een praktisch onontgonnen gebied in de scheikunde. Hoeveel er eigenlijk bestaan? Onduidelijk. Hoe belangrijke suikers er precies uitzien? Onbekend. ‘Ze worden vaak vergeleken met andere biopolymeren, zoals DNA of eiwitten, maar de moleculen waar die uit zijn opgebouwd zijn vele malen simpeler dan die van suikers’, zegt Walvoort. En dan kunnen ze ook nog eens op talloze verschillende manieren aan elkaar geknoopt worden, of zich hechten aan eiwitten en vetten.’
De suikers in moedermelk trokken haar aandacht toen ze borstvoeding gaf aan haar eerste kindje. Wat nou, dacht ze, als je die supergezonde stoffen kunt namaken en toevoegen aan bijvoorbeeld poedermelk? Dat is precies waar ze nu mee bezig is.
De eerste stap is inmiddels gezet. Een jaar geleden publiceerde ze de structuur van haar eerste aangepaste molecuul. En onlangs werd die ook al getest. ‘In Wageningen hebben ze gekeken of hij werd afgebroken in je maag-darmstelsel’, zegt ze. ‘En bij het UMCG kijken ze of hij bindt aan bacteriën, want dat is één van de gezonde effecten. Als zo’n bacterie bindt aan de suiker en niet aan jou, dan spoelt hij er zo weer uit.’
Daarnaast probeert ze uit te zoeken hoe ze bacteriën kan verhinderen om ziekmakende suikereiwitten te maken. ‘Dan overleeft hij het wel, maar dan kan hij niet meer hechten.’ Het grote voordeel: waar je bij antibiotica een bacterie kapot maakt, waardoor er heel veel druk is om resistent te worden, zou deze methode dat probleem kunnen omzeilen.
Maar dat, zegt ze, is pas écht lange termijn. ‘We hebben net ontdekt hoe één bacterie zo’n suikereiwit maakt, bijvoorbeeld.’ Razend interessant. Superbelangrijk. Maar de toepassing zal nog even moeten wachten.
Ben Feringa
Bouwt moleculaire motoren
De wereld kent Ben Feringa als de man van de moleculaire motoren: speciaal gemaakte moleculen die onder invloed van licht beginnen te draaien. Hij maakte er zelfs één die op vier plekken kan draaien en daarmee verandert in een piepkleine ‘fourwheeldrive’.
Feringa en zijn groep werken al meer dan dertig jaar aan dit revolutionaire onderzoek, waarvoor hij in 2016 de Nobelprijs voor de chemie kreeg. Wat begon met een molecuul dat min of meer per ongeluk een halve slag maakte in 1989, zijn nu razendsnelle motortjes die tien miljoen keer per seconde omwentelen.
Op dit moment is hij vooral bezig met het zoeken naar slimme manieren waarop hij die motortjes kan toepassen, door bijvoorbeeld bewegende poreuze materialen te maken. ‘Die zorgen er dan voor dat de poreusheid van dat materiaal verandert. Je kunt je voorstellen dat je er dan iets in kunt stoppen, dat er weer uitgaat als je die motortjes aanzet. Dat is echt heel spannend.’
Maar Feringa doet meer. Zo is er ook het onderzoek naar milieuvriendelijke coatings. ‘We hebben net een coating ontwikkeld samen met AkzoNobel op basis van biomassa – suiker – en de eigenschappen daarvan lijken net zo goed als de materialen die nu worden gebruikt. Voor de duurzame chemische omzetting gebruiken we licht en zuurstof.’ Dat onderzoek verscheen in december in Science Advances.
Samen met de afdeling nucleaire geneeskunde van het UMCG werkt hij aan de verbetering van imagingtechnieken om tumoren op te sporen en dan is er nog zijn zoektocht naar slimme geneesmiddelen. ‘Een antibioticum bijvoorbeeld dat je ‘aan’ en ‘uit’ kunt zetten met licht’, legt hij uit. ‘We hopen dat de bacteriën geen resistentie meer opbouwen tegen zo’n antibioticum. Zover zijn we nog niet natuurlijk, het werkt alleen in cellen. Maar dat vinden we spannend: slimme geneesmiddelen maken.’
Nathalie Katsonis
Onderzoekt het raadsel van beweging
Centraal in het onderzoek van Nathalie Katsonis staat één vraag: hoe komt het dat we bewegen? Dat onderzoek is dan wel ingegeven door het werk dat ze jaren geleden deed als postdoc in Ben Feringa’s groep, maar het heeft zich sindsdien al lang en breed een eigen, onafhankelijke kant op ontwikkeld. ‘Beweging’, zegt Katsonis, ‘is het basiskenmerk van leven. We leren onze kinderen dat als iets beweegt, het waarschijnlijk leeft.’
Het grappig is dat de beweging die we in ons dagelijks leven zien wordt aangedreven door moleculen die zelf juist heel willekeurig bewegen. Dus hoe kunnen die nanoscopisch kleine entiteiten samenwerken en ervoor zorgen dat wij onze lichamen bewegen?
Om die vraag te beantwoorden, probeert Katsonis te ontdekken hoe relatief eenvoudige synthetische moleculen – moleculaire schakelaars en motoren, maar ook zelfreplicerende moleculen of knotting molecules – een complex bewegingssysteem creëren als ze eenmaal verbonden zijn met hun omgeving. ‘Een systeem dat een aantal eigenschappen van leven bezit!’
Ze is al aardig op weg. In een recente studie die gepubliceerd is in Nature Nanotechnology toonde ze aan hoe moleculaire motoren een microscopische draaikolk kunnen creëren. In Nature Chemistry publiceerde ze over de manier waarop polymeren op licht kunnen reageren door – net als klimplanten – te draaien en te slingeren, als ze eenmaal moleculaire schakelaars hebben opgenomen in hun ontwerp. Die beweging zorgt voor een toenemende spanning in het systeem, tot het uiteindelijk knapt. ‘Een krachtige beweging, net als het openen van zaadpeulen’, legt Katsonis uit.
Ze begrijpt nu hoe dingen van vorm kunnen veranderen en het is haar gelukt om dat zelf voor elkaar te krijgen. Maar ze kijkt alweer verder vooruit. Haar doel is om voorwerpen te maken die fysiek van positie kunnen veranderen. En ze wil feedbacklussen in haar systemen inbouwen – zodat het systeem zich aanpast en heen en weer beweegt. ‘Net zoals levende dingen dat doen.’