Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Nederlands onderzoek behoort tot de wereldtop. En daarom laat KIJK-redacteur Laurien Onderwater je in deze rubriek elke maand kennismaken met een wetenschapper van eigen bodem. Deze keer: Nynke Dekker bestudeert op molecuulniveau hoe nieuwe virusvarianten kunnen ontstaan.
Wie ben je?
“Ik ben Nynke Dekker, geboren in Nederland, maar opgegroeid in het buitenland, onder andere in de Verenigde Staten. Ik werk al sinds 2008 als hoogleraar biofysica aan de TU Delft. Mijn bachelordiploma natuurkunde heb ik aan de Yale-universiteit behaald en mijn doctorandustitel aan de Universiteit Leiden.”
Lees ook van Onderwater Ondervraagt:
Wat doe je?
“Mijn onderzoeksgroep bestudeert het gedrag van moleculen, een op een en in realtime. Meestal gaat het om de interactie tussen een DNA-molecuul (drager van de erfelijke informatie, red.) en een eiwit, of een RNA-molecuul (stukje genetisch materiaal dat de productie van eiwitten in gang zet, red.) en een eiwit. Vaak worden zulk soort interacties op grote schaal met miljoenen moleculen onderzocht, maar wij kijken dus veel preciezer. Tijdens onze meest recente studie, die onlangs in het blad Molecular Cell is gepubliceerd, onderzochten we onderdelen van virussen waarvan het erfelijk materiaal uit RNA bestaat. SARS-CoV-2 is daar een voorbeeld van. Als zo’n virus wil overleven en zich wil vermenigvuldigen, moet het kopieën maken van het RNA. Dat zogeheten replicatieproces brengt soms fouten met zich mee, waardoor het RNA verandert.”
“Ook kunnen er door replicatie koppelingen ontstaan tussen verschillende stukjes RNA, recombinatie geheten. Beide processen dragen bij aan het ontstaan van nieuwe virusvarianten. In onze single-molecule-experimenten kunnen wij RNA-replicatie op de voet volgen én we zien het meteen als er iets ongebruikelijks plaatsvindt tijdens dat kopiëren. Wij weten nu dankzij ons onderzoek, waarin we nauw samenwerken met virologen, hoe virusvarianten op moleculair niveau kunnen ontstaan.”
Hoe doe je dat?
“De interactie tussen een RNA-molecuul en een eiwit filmen we met speciale microscopen die we zelf hebben gebouwd. Onder onze samengestelde microscoop leggen we een glasplaatje waaraan we een RNA-streng hebben vastgemaakt. Vervolgens voegen we het eiwit polymerase toe, dat cruciaal is voor het kopiëren van RNA. Je kunt polymerase zien als een moleculair kopieerapparaatje. Met de microscoop houden we dat kopieerproces bij. In veel gevallen ging dat goed, maar we zagen het polymerase-eiwit ook foutjes maken, waardoor er een andere RNA-streng ontstond dan eigenlijk de bedoeling was. In een cel zouden zulke kopiefoutjes meestal niet resulteren in nieuwe virussen, maar heel af en toe leidt dit tot een variant die wel blijft ‘leven’ (ook al zijn virussen formeel geen levende organismen, red.). Dan heb je dus een gemuteerd virus. We wilden graag in detail weten hoe de polymerase hier verantwoordelijk voor is.”
Waarom doe je dit?
“Mijn collega’s en ik zijn erg geïnteresseerd in de kopieerprocessen van RNA en DNA, omdat ze zo essentieel zijn voor de vermenigvuldiging van virussen en van cellen in het algemeen. Als biofysici willen wij graag begrijpen hoe de betrokken eiwitten, zoals polymerase, als een soort machientjes bewegen en andere moleculen beïnvloeden. Het gave aan onze meest recente studie vind ik dat we meerdere onderzoeksgebieden hebben gecombineerd. Mijn groep bekijkt deze processen vooral op het moleculaire niveau, maar vervolgens zagen we samen met andere groepen de gevolgen van die kopieerfoutjes ook in cellen en uiteindelijk in muizen. Ik vind het dus echt mooi dat we dankzij de samenwerkingen met andere instituten dit mechanisme hebben weten te doorgronden.”
Welke uitdagingen zijn er nog?
“Heel veel. Een paar jaar geleden was het nog erg lastig om financiering te krijgen voor virologisch onderzoek. Dat is sinds de pandemie wel anders. Wat nu nog een uitdaging is, is de juiste mensen vinden die het onderzoek uitvoeren. Wat wij doen, beslaat namelijk veel vakgebieden. Onderzoekers die zowel kennis hebben van biologie als natuurkunde als data-analyse zijn schaars. Ook voeren we voor ons gevoel een race tegen de klok. In de afgelopen vijf jaar hebben we de polymerases van drie verschillende virussen bestudeerd, grofweg 1,5 jaar voor één eiwit. Als we er nog tien willen onderzoeken, zijn we nog wel even bezig. En zoveel tijd hebben we niet, dus we zouden ons onderzoek graag efficiënter willen maken.”
Wat hebben we hieraan?
“We weten nu precies hoe in een bepaald virus de polymerase ten grondslag ligt aan de vorming van foutjes in RNA-moleculen en aan recombinatie. We zien ook dat deze twee processen vaker voorkomen onder invloed van een virusremmer, wat interessant is voor virologen. Misschien is dit middel uit te buiten om virussen af te breken. Die virusremmers zorgen er immers voor dat zo’n virus vaker foutjes maakt tijdens het kopiëren van het RNA, waardoor de kans groter is dat het virus het niet overleeft. Wel moet je altijd uitgebreid onderzoeken of zo’n virusremmer geen nadelige consequenties heeft voor bijvoorbeeld de cel waarin het virus zit. Onze cellen hebben namelijk ook hun eigen RNA-polymerases en daar moet een remmer niet op inwerken. Ik vind het overigens niet erg dat ik niet degene ben die deze meer toepassingsgerichte stappen zal zetten; ik ben geen medicus. Maar het idee dat ik bijdraag aan onderzoek dat virologen en medici vooruithelpt, vind ik erg leuk.”
Deze aflevering van Onderwater Ondervraagt staat ook in KIJK 1/2022, hier te koop.
Beeld: NIAID