‘Leven door samenwerkende moleculen’

Geen rondslingerende publicaties, post-its en notities. De nieuw ingerichte kamer van Marileen Dogterom ziet er strak uit. “Nog wel”, lacht de nieuwe voorzitter van bionanoscience. Een kast vol proefschriften is ongeveer het enige aan papier wat in haar kamer te vinden is. Het is de oogst van haar tienjarig voorzitterschap bij de afdeling systems biophysics van het FOM-instituut Amolf in Amsterdam.

Het celskelet is het centrale thema van al die promoties. Dogterom is een expert op het gebied van het celskelet, of van de ‘mechanische basis van het leven’, zoals zij het zelf noemt. Het celskelet bestaat uit talloze eiwitdraden die een cel zijn stevigheid en structuur geven en die zorgen voor het transport van stoffen en celonderdelen. Het speelt zodoende ook een cruciale rol bij celdeling en de vervorming en verplaatsing van cellen, en daarmee in feite met vrijwel alles wat met groei en ontwikkeling te maken heeft, van de embryologie, de groei van onze hersenen, de heling van wonden tot het ontstaan van kanker.

In december vorig jaar kregen Dogterom en prof.dr. Anna Akhmanova van de Universiteit Utrecht een ERC Synergy grant van 7,1 miljoen euro toegekend voor hun onderzoek naar de interne organisatie van biologische cellen.

U hebt een nieuwe baan met veel bestuurlijke taken en tegelijkertijd ontvangt u een grote som geld voor wetenschappelijk onderzoek. Daar had u waarschijnlijk niet op geanticipeerd.

“Het is een gelukkig toeval. Ik wilde hoe dan ook de overstap naar Delft maken. Nu kan ik dat geld mooi gebruiken om mijn onderzoek naar het celskelet in Delft voort te zetten. Voor onderzoek houd ik genoeg tijd over. De afspraak is dat ik minder dan de helft van de week bezig ben met bestuurlijke zaken.” 

Waarom wilde u graag naar Delft komen?

“Ik kijk erg uit naar de samenwerking met prof.dr. Cees Dekker (die in 2010 bionanoscience oprichtte en nu directeur is van het Kavli Instituut, red.) en dr. Christophe Danelon. Danelon werkt al een tijd aan kunstmatige cellen. En Cees Dekker wil zich daar ook veel meer op richten.” 

U had ook bij Amolf kunnen blijven en van daaruit de banden met hen kunnen aantrekken.

“Ik heb zeventien jaar bij Amolf gewerkt, waarvan de laatste tien jaar als afdelingsvoorzitter. Ik wilde ook iets nieuws doen. In Delft krijg ik de kans om mijn stempel te drukken op een afdeling die voor een groot deel nog vorm moet krijgen. We hebben nu dertien onderzoeksgroepen. Dat worden er negentien. We gaan vooral het onderzoek naar celbiologie veel verder uitbreiden. Ik dacht, ik moet nu gaan, want over een paar jaar is de opbouwfase al voorbij. Ik houd van het opzetten van een strategie. Dat is hier heel belangrijk. De bestuurlijk administratieve kant vind ik minder aantrekkelijk. Maar gelukkig ligt het accent daar in dit geval bij deze jonge organisatie minder op.”

Bionanoscience is toch al een gerenommeerde onderzoeksafdeling? Moet daar nog veel aan verbeterd worden?

“Het is gerenommeerd inderdaad. Vooral op het gebied van de single molecule biofysica. Denk aan onderzoek naar de interactie tussen eiwitten en DNA. Daar is deze afdeling ijzersterk in. En ook in het onderzoek aan kunstmatige cellen begint schot te komen. Maar we moeten deze onderzoekstakken zien aan te vullen met de celbiologie zodat we alle processen die we waarnemen ook in levende cellen kunnen volgen.”

U zult de komende tijd dus biologen aannemen?

“Ja, we hebben genoeg natuurkundigen.” Dogterom valt even stil. “Dat klinkt niet zo aardig. Waar het op neerkomt, is dat we biologen nodig hebben die willen samenwerken met natuurkundigen. Het is lastig om die aan te trekken. Ze kunnen er ook voor kiezen om naar het Hubrecht Laboratorium te gaan of naar het NKI, instituten die bij uitstek gericht zijn op de biologie.”

Hoe wilt u ze lokken?

“Over vijf jaar trekken we in een heel nieuw gebouw. De mensen die we aannemen, krijgen de kans om de infrastructuur naar hun hand te zetten. En behalve de samenwerking met de biofysici, kan de apparatuur interessant zijn voor ze. Denk aan optical tweezers en aan AFM-microscopen. In mijn eigen groep kan ik jonge biologen aannemen met het geld van de ERC-grant. We hebben voor dit project veel verschillende expertises nodig. We werken in Utrecht samen met iemand die gespecialiseerd is in de celdeling bij de rondworm elegans, een modelorganisme in de ontwikkelingsbiologie en met een onderzoeker gespecialiseerd in het activeren en deactiveren van eiwitten door middel van licht. Bij het Amolf werken we samen met theoretici en met biofysici die onderzoek doen naar het actine systeem. Actine is een eiwit dat onderdeel uitmaakt van het cytoskelet. Het vormt een soort gelei in de cel. In totaal nemen Akhmanova en ik dertien jonge postdocs en promovendi aan en twee technici die zich onder meer zullen richten op de zuivering van eiwitten.”

In 2012 beschreef u in het wetenschappelijke tijdschrift Cell hoe het celskelet de celdeling orkestreert. Daarvoor had u kunstmatige cellen gemaakt. Gaat u in Delft voortborduren op dit onderzoek?

“Ja, we brengen de cel terug tot de essentie en vervolgens kijken we of hij nog werkt. In dit geval hadden we vierkante kamertjes van vijftien bij vijftien micrometer geëtst in een sandwich van glas en goud. Daarin hebben we bouwstenen van het celskelet gestopt, waaronder bepaalde motoreiwitten die aan de rand van de synthetische cel hechten (aan het goud) en eiwitten die spontaan aaneenrijgen tot lange draden, ook wel microtubuli of trekdraden genoemd. We hebben laten zien hoe deze eiwitten er samen voor zorgen dat een voor de celdeling en celvervorming cruciaal onderdeel, het centrosoom, midden in de cel terechtkomt. Met deze techniek zijn we nu veel nieuwe experimenten aan het doen. Tot nu toe kijken we in 2D hoe het centrosoom door de cel beweegt. We willen het ook in 3D zien. Daarom zullen we ook experimenteren met kleine druppeltjes met skeletonderdelen die we in olie houden.”

Wat hoopt u uiteindelijk te doorgronden?

“Ik ben geïnteresseerd in de vraag hoe een celskelet zich organiseert. Dit hele verhaal is van groot belang om te snappen hoe cellen delen en hoe ze wandelen, bijvoorbeeld door het menselijke lichaam. Neem een wond; de huidcellen moeten bewegen om die te helen. De centrosomen moeten daarvoor in positie gebracht worden. Ze verplaatsen zich in de richting waar de cel naartoe wil. Ze komen asymmetrisch te liggen. Asymmetrie is ook nodig voor celdeling in de embryonale fase. Eenzelfde soort skelet kan dus verschillende functies vervullen. Hoe gebeurt dat precies? Daar hopen we meer inzicht in te krijgen. Wellicht biedt dat inzicht ook aangrijpingspunten om de verspreiding van kankercellen door het lichaam (metastasis) aan te pakken. Misschien is er wel een knop waar we aan kunnen draaien waardoor een cel stopt met bewegen of delen.”

Wat voor knop zou dat kunnen zijn?

“We kunnen door heel gericht licht te schijnen op delen van de cel, interacties tussen moleculen activeren of deactiveren. Optogenetics heet die technologie. Daarvoor maken we gebruik van plantaardige eiwitten die we in het skelet inbouwen, bij de motoreiwitten. Deze plantaardige eiwitten klitten aan elkaar vast als ze belicht worden met licht van een bepaalde golflengte. Bij een andere golflengte laten ze elkaar weer los. Optogenetics wordt al gebruikt in de neurologie om moleculen aan of uit te zetten.”

Hoe bent u in dit vakgebied terecht gekomen?

“Door toeval. Ik heb theoretische natuurkunde gestudeerd in Groningen. Heel iets anders dus. Mijn afstudeeronderzoek ging over fractals. Ik heb samen met sterrenkundigen onderzocht of er patronen/fractals te vinden zijn in de wijze waarop de massa van sterren verdeeld is in het heelal. Tijdens mijn promotieonderzoek ben ik me gaan richten op de biofysica. Ik ben toen theoretisch onderzoek gaan doen aan het cytoskelet.”

Wat vindt u er het meest fascinerende aan?

“Het feit dat leven ontstaat door de samenwerking van moleculen. Al die interacties… Dat is waar iedereen hier aan werkt en waar iedereen door betoverd is.”