Drie vici's in de bioengineering-hoek
Vijf Delftse topwetenschappers ontvingen een NWO-vici; drie van hen doen werk waarbij biologie een rol speelt. NWO-vici’s behoren tot de grootste persoonsgebonden wetenschappelijke premies van Nederland. Met €1,5 miljoen voor vijf jaar bouwen de onderzoekers verder aan hun vernieuwende onderzoekslijn en eigen onderzoeksgroep.
Dr. Stan Brouns (TNW)
Hoe werkt CRISPR geheugenvorming in bacteriën?
Microben hebben het unieke vermogen om virussen te onthouden en zich tegen binnendringende virussen te verdedigen met behulp van het CRISPR-Cas mechanisme. CRISPR is tegenwoordig synoniem met revolutionair genetisch gereedschap zoals Cas9, dat het genetische onderzoek vandaag de dag verandert en dat in de toekomst van invloed zal zijn op de behandeling van genetische ziekten bij mensen. Echter, we weten niet hoe CRISPR-Cas precies de ‘herinneringen’ vormt die voor immuniteit bij bacteriën en archaea zorgen. De groep van Dr. Stan Brouns heeft onlangs een nieuw Cas-eiwit ontdekt dat betrokken is bij die geheugenvorming: het eiwit Cas4.
Cas4 is een van de meest verspreide Cas-eiwitten en het is aanwezig in de meeste CRISPR-Cas systemen. Dit eiwit blijkt betrokken te zijn bij het vastleggen van stukjes virus-DNA voor opname in het CRISPR-geheugen. Alleen in aanwezigheid van Cas4 kunnen nieuwe ‘herinneringen’ de virusresistentie daadwerkelijk aansturen door ervoor te zorgen dat enzymen zoals Cas9 stukjes viraal DNA in het genoom van de bacterie kunnen inbrengen. In dit project wil Brouns de rol van Cas4 in het geheugenvormingsproces verder onderzoeken. Hij beoogt die kennis te gebruiken om het effect van bacteriofagentherapieën tegen antibioticaresistente bacteriën te versterken.
Professor Andrea Ramírez Ramírez (TBM)
Impact van alternatief grondstofgebruik in industriële clusters
90% van de grondstoffen die momenteel in de Europese chemische industrie worden gebruikt, zijn nog steeds van fossiele oorsprong. Professor Andrea Ramírez Ramírez zal een methodologie ontwikkelen om te analyseren wat de impact van het vervangen van fossiele brandstoffen door alternatieve grondstoffen in petrochemische industriële clusters. Dergelijke industriële clusters zijn complexe systemen met veel verschillende en steeds meer met elkaar verweven processen in en tussen bedrijven. Het ingrijpen in een enkel proces kan dus invloed hebben op andere processen, zowel op de lokale schaal van het industriële cluster als in de betrokken toeleveringsketens.
In een nieuwe benadering zal Ramírez concepten uit de invasie-ecologie aanpassen om te kunnen beoordelen wat de impact is op hulpbronnen, energie en kosten – op lokaal en systeemniveau – als we fossiele grondstoffen in industriële ecosystemen vervangen door alternatieven. Ze zal ook onderzoeken welke strategieën en technologieën op middellange en lange termijn tot meer resultaat zullen leiden. Deze benadering zal zij toepassen op een model van de Rotterdamse petrochemische industriecluster Pernis/Moerdijk. Dit model kan later worden aangepast om elke (petrochemische) industriële cluster in de wereld te bestuderen.
Professor Bernd Rieger (TNW)
Extreme resolutie met zichtbaar licht: Inzoomen op de bouwstenen van het leven, één voor één
Microscopen kunnen steeds verder inzoomen op biologisch materiaal. Met optische nanoscopie kunnen ze zelfs met behulp van fluorescerende labels afzonderlijke moleculen onderscheiden met een resolutie van 30 nanometer. Een verdere verbetering met een factor tien zou 3D-beeldvorming mogelijk maken van de structuur en proteïnesamenstelling van (macro)moleculaire onderdelen van cellen, zoals het uitermate belangrijke kern-poriecomplex. Inzicht in dit complex is essentieel, omdat het functioneert als een toegangspoort tussen de celkern en de rest van de cel en een rol speelt bij auto-immuunziekten.
Lichtmicroscopie bij cryogene temperaturen (<-150°C) is een veelbelovende techniek, maar de huidige 3D-resolutie is nog onvoldoende. Professor Bernd Rieger stelt voor om dit met een combinatie van beeldreconstructie en een nieuwe cryogene beeldvormingstechniek te verhelpen. Daarvoor wil hij de informatie van vele identieke complexen combineren tot één enkele beeldreconstructie. Daarmee omzeilt hij dat het momenteel nog niet mogelijk is om alle moleculen fluorescent te maken, waardoor de volledige structuur niet in beeld gebracht kan worden. Met deze nieuwe methodologie wordt een verbeterde precisie en resolutie bereikt, die het bestuderen van de bouwstenen van het leven in ongekend detail mogelijk maakt.
