De werking van het leven begrijpen

Dr. ir. Erwin Peterman
Universitair hoofddocent
Vrije Universiteit Amsterdam

Wat is de belangrijkste wetenschappelijke ontwikkeling in uw vakgebied?

Ik denk dat een hele belangrijke ontwikkeling van de laatste 10-15 jaar is geweest dat de levenswetenschappen steeds kwantitatiever benaderd worden. In deze periode zijn steeds meer fysici zich bezig gaan houden met vraagstukken in de biologie en dit heeft tot een ware revolutie in het vakgebied geleid, die nog niet voorbij is. Met name gaat het om twee aspecten die de natuurkunde aan de biologie heeft toegevoegd:

1) de ontwikkeling van apparatuur en methoden die kwantitatieve metingen op voorheen niet-voor-mogelijk-gehouden schaal mogelijk maken. Hierbij valt te denken aan de revolutie in fluorescentie microscopie, die het bijvoorbeeld mogelijk maakt om cellen te bestuderen met een resolutie die 10x beter is dan voorheen, wat veel meer detail oplevert. Een ander voorbeeld is de mogelijkheid om individuele biomoleculen als DNA en eiwitten te bestuderen en manipuleren. Het is nu bijvoorbeeld mogelijk om de grootte van de minuscule stapjes van motoreiwitten (bijvoorbeeld myosine uit onze spieren, maar ook DNA-polymerase, het eiwit dat DNA kopieert) te bepalen en te meten hoe sterk deze motoren zijn.

2) het vatten van wetenschappelijke hypotheses in algemene wiskundige modellen, die nauwkeurig getest kunnen worden met nieuwe experimenten. Deze aanpak heeft een beter begrip mogelijk gemaakt van biochemische netwerken als systemen, maar ook van de eerder genoemde motoreiwitten als moleculaire machines die aan de wetten van de thermodynamica voldoen.

Deze ontwikkelingen hebben naar mijn mening ons begrip over ‘leven’ een nieuwe boost gegeven, die nog niet over is!

Op welke wetenschappelijke doorbraak hoopt u?
Belangrijke vragen liggen nog open, ik noem er hier een paar (en ik beperk me tot mijn eigen vakgebied):

- we hebben nu een veel beter begrip van de moleculaire machines die het leven mogelijk maken, met name door ze te bestuderen in isolatie. Maar hoe werken ze nu echt in de complexiteit vaan de cel, waar ze met meerderen samenwerken en geholpen of tegengewerkt worden door andere biomoleculen.

- hoe werkt ons brein nu echt. Wat is de moleculaire basis van leren en geheugen? En hoe is dit opgeschaald naar het niveau van onze hersenen, waar miljarden zenuwcellen samenwerken.

- hoe werken complexe netwerken van biologische reacties? Je kunt hierbij denken aan de ontwikkeling van een multicellulair organisme met verschillende weefsels uit één bevruchte eicel, maar ook complexe signaleringsnetwerken of bijvoorbeeld DNA-reparatie.

Wat is de waarde van uw vakgebied voor de samenleving?

Mijn vakgebied is zuiver wetenschappelijk, in de zin dat het primaire doel is beter te begrijpen hoe leven werkt en hoe het, in geval van ziekte, mis kan gaan. Dit is in zichzelf een belangrijk doel (vind ik), zeker omdat het een rationelere blik op leven en gezondheid mogelijk maakt. Maar het houdt hier niet op. Een beter begrip van de moleculaire basis van ziekte kan belangrijke informatie leveren voor diagnostiek en therapie. Bovendien zijn toepassingen mogelijk in biotechnologie en nanotechnologie (leven op de moleculaire schaal is een belangrijke inspiratie voor nanotechnologie). Een andere toepassing ligt in ons energieprobleem. Planten en bacteriën hebben al lang ontdekt hoe je efficiënt energie kunt halen uit zonlicht. Wellicht kunnen wij hier iets van leren!


Andere bijdragen in Cellen, DNA, Natuur- en Sterrenkunde, Ons brein