Haar onderzoek speelt zich af op de grensvlakken tussen de natuurkunde, scheikunde en biologie. Hoogleraar moleculaire biofysica Nynke Dekker is internationaal vermaard vanwege haar vooruitstrevende onderzoek naar interacties tussen individuele eiwitten en DNA- en RNA-moleculen én de geavanceerde technieken die ze ontwikkelde om deze interacties zichtbaar te maken. Collega’s noemen haar ambitieus, grondig, inhoudelijk gedreven en onverzadigbaar leergierig.
‘Toen Nynke me rond 2014 vroeg of ze een sabbatical in mijn lab mocht doen, hadden we elkaar nog nooit ontmoet’, vertelt John Diffley, hoogleraar aan het Francis Crick Institute in Londen. ‘Natuurlijk wist ik wie ze was – ze heeft immers bijzonder belangrijke bijdragen geleverd aan de biofysica. Ze wilde een nieuwe richting inslaan met haar onderzoek, en wilde meer leren over het DNA-kopieersysteem dat wij in ons biochemisch lab hadden opgezet.
Vaak trekken bezoekers zich tijdens zo’n sabbatical terug in hun kamertje om mails te beantwoorden en komen ze vooral om van het uitgaansleven te genieten. Nynke kwam echter elke dag naar het lab om te leren hoe je de verschillende eiwitten moet zuiveren en hoe je kopieerreacties kunt doen. Nu gebruikt ze diezelfde soort reacties in haar eigen lab om op molecuulniveau te bestuderen hoe DNA-replicatie werkt.’
Diffley’s anekdote is kenmerkend voor de kersverse Spinozawinnaar. ‘Nynke wordt gedreven door inhoudelijke vragen,’ zegt collega-Spinozalaureaat Marileen Dogterom, afdelingsvoorzitter Bionanoscience aan de Technische Universiteit Delft. ‘Ze zoekt actief naar nieuwe onderwerpen waarin ze de diepte kan opzoeken. Haar verblijf in Engeland is een daar een goed voorbeeld van. Zij heeft daarmee heel gericht haar onderzoek verlegd van interacties tussen een enkel eiwit met een enkel DNA- of RNA-molecuul naar experimenten met complexere systemen die uit wel twintig eiwitten bestaan. Ze leest zich in, doet zo’n sabbatical, leert nieuwe dingen, en komt dan met een gedecideerd plan.’
Terug naar meer biologisch onderzoek
‘Ik had me een aantal jaar gericht op de ontwikkeling van nieuwe technologieën, en wilde weer terug naar meer biologisch onderzoek,’ vertelt Dekker over dat besluit. De biofysicus wilde zich gaan richten op DNA-replicatie in eukaryotische systemen – systemen waarin de cellen celkernen bevatten. De groep van John Diffley verschafte haar de daarvoor benodigde kennis. ‘Ik ben daar samen met mijn analist heengegaan om te leren hoe je de voor de replicatie benodigde twintig verschillende eiwitten moet zuiveren,’ vertelt Dekker. ‘Of eigenlijk was ik meer zijn assistent, en heb ik vooral geleerd hoeveel geduld je nodig hebt bij dat zuiveren.’
Nynke Dekker studeerde natuurkunde en toegepaste wiskunde aan de universiteit van Yale en promoveerde aan de universiteit van Harvard op de magnetische manipulatie van cesiumatomen op een chip. Daarna wilde ze haar bakens verzetten. ‘Hoewel ik atoomfysica best interessant vond, was het mij te voorspelbaar. Je kon heel netjes uitrekenen wat er zou moeten gebeuren. Vervolgens was je jaren bezig met experimenten, alleen om te komen tot een uitkomst die helemaal niet verrassend was. In die tijd was er heel veel gaande in de biologie. Het was de tijd van het humaan genoom project, DNA-sequentietechnieken waren sterk in opkomst. En biofysica is deels in praktische zin niet zoveel anders dan atoomfysica. Je gebruikt net zo goed lasers, spiegeltjes en magneetvelden. Je bestudeert alleen een ander systeem.’
Trekken en draaien aan DNA-moleculen
Voordat ze zich in dit nieuwe vakgebied stortte, bezocht ze een aantal veelbelovende groepen in dit jonge veld. Uiteindelijk liet ze haar oog vallen op de groep van David Bensimon aan het École Normale Supérieure de Paris. ‘Nynke nam contact met ons op en vroeg of er een postdocpositie beschikbaar was. Ze had ervaring met magnetische manipulatie van objecten en wij hadden toen net een magnetisch pincet ontwikkeld waarmee we konden trekken en draaien aan DNA-moleculen. Toen ze bij ons kwam wist Nynke niets van biofysica of van magnetische pincetten, maar dat heeft ze zich heel snel eigen gemaakt. Later heeft ze in haar eigen groep die magnetische pincetten verbeterd, bijvoorbeeld door er ook mogelijkheden aan toe te voegen om het koppel (de kracht van de draaiing) te meten. Met deze technieken heeft ze prachtig werk gedaan, onder andere aan topoisomerase, een eiwit dat de vorm van het DNA-molecuul bepaalt. Ze heeft niet alleen laten zien hoe dat enzym kronkels uit het DNA haalt, maar ook hoe een bepaalde chemotherapie dit eiwit blokkeert en zo kankercellen doodt. Dat vind ik haar mooiste bijdrage: dat ze heeft laten zien hoe een medicijn werkt op moleculair niveau.’
Vakgebied vooruithelpen
Zelf noemt Dekker de door haar ontwikkelde nieuwe technologieën als haar wordt gevraagd waar ze het meest trots op is. ‘Onze magnetische pincetten worden door anderen overgenomen en gebruikt om nieuwe biologische waarnemingen te doen die de kennis echt vergroten.’ En hoewel ze met haar werk aan topoisomerase internationaal naam maakte, is ze misschien nog wel meer content met haar studies naar polymerase, het eiwit dat een cruciale rol speelt als een virus zijn RNA kopieert. ‘Het duurde wel vijf jaar voordat we dat werkend hadden’, zucht ze. ‘En het is altijd moeilijk geweest om financiering voor dat type onderzoek te krijgen. Daarom is het ook nooit een groot onderdeel geweest van mijn groep. Ik ben echter wel blij dat we het toch hebben doorgezet. We kunnen inmiddels heel snel antivirale remmers testen. En nu de wereld zo is veranderd door covid-19, kan dat nog wel eens van pas komen.’
Bouwen aan de Nederlandse biofysica
Toen Nynke Dekker in 2002 Parijs verruilde voor Delft, stond de biofysica in Nederland nog in de kinderschoenen. ‘Maar er waren wel al mensen die dit vakgebied in Nederland op de kaart wilden zetten,’ zegt ze. Een van die mensen was Cees Dekker, die zijn onderzoek naar mesoscopische halfgeleiders wilde ombuigen naar de biofysica. Om te leren over dit vakgebied maakte hij een rondgang langs internationaal vermaarde groepen. In Parijs kwam hij kijken hoe hij het beste magnetische pincetten kon opzetten. ‘Daar kwam hij mij tegen, en hij vroeg me naar Delft te komen.’
Samen zetten Dekker en Dekker – geen familie, zeggen ze er steevast bij – in Delft de biofysica op de kaart. ‘In het begin bestond onze groep alleen uit natuurkundigen. Al snel zagen we in dat die groep alleen levensvatbaar was als we meer aansluiting bij biologen zochten. Toen zijn we met het college van bestuur gaan praten en hebben we onze activiteiten kunnen uitbreiden met een stevige biologietak.’
Raakvlak tussen fysica en biologie
Destijds stond er in het hele land een eerste generatie groepsleiders te trappelen om het onontgonnen terrein van de biofysica te verkennen. Marileen Dogterom was één van hen. ‘In 1997 was ik als jonge groepsleider verbonden aan onderzoeksinstituut AMOLF, dat wilde investeren in het raakvlak tussen fysica en biologie. Dat gebeurde toen elders in Nederland ook al her en der, bijvoorbeeld bij de Vrije Universiteit. Rond diezelfde tijd is ook stichting FOM op dit onderwerp gesprongen door de werkgroep Fysica van levensprocessen op te richten en te investeren in stimuleringsprogramma’s voor nieuwe groepen. Een aantal jaar later heeft de Technische Universiteit Delft de afdeling Bionanoscience opgezet.’
Geweldige reputatie
De Nederlandse biofysica heeft een geweldige reputatie in het buitenland, zegt Dogterom. ‘Het is een overtuigend, volwassen en volwaardig vakgebied geworden. Buitenlandse sollicitanten komen naar Nederland omdat ze een compact land zien met een hoge dichtheid aan uitstekende biofysica.’ Dat beamen ook David Bensimon van het École Normale Supérieure de Paris en John Diffley van het Francis Crick Institute in Londen. ‘Nederland is een van de beste landen ter wereld als het gaat om moleculair biofysisch onderzoek. Jullie hebben meerdere topgroepen op dit gebied en die van Nynke is er zeker één van.’
Meer focus
Nadat ze zich een aantal jaar gericht had op de interacties tussen één eiwit met één molecuul DNA of RNA, vond ze dat toch niet meer zo bevredigend. ‘Binnen het veld waren we toch een tijdje een beetje van hot naar her aan het springen geweest. Ik miste de diepgang, en wilde me meer gaan focussen.’ Deze overpeinzing leidde tot haar sabbatical bij John Diffley, die weer resulteerde in een plan dat haar een ERC Advanced Grant van 2,5 miljoen euro opleverde. Hiermee onderzoekt ze sinds 2018 de replicatie van DNA in een zo natuurlijk mogelijke context. ‘Als een cel zich deelt, wordt een aantal eiwitcomplexen overgezet van de originele DNA-streng naar de dochterstrengen. Wij willen op moleculair niveau achterhalen welke van die zogeheten nucleosomen terechtkomen op welke streng, omdat de verdeling tussen oude en nieuwe nucleosoomcomplexen op de dochterstrengen de signaleringsfunctie van nucleosomen beïnvloedt.’
Met de Spinozapremie wil Dekker dit onderzoek een extra dimensie geven. ‘We kijken nu vooral naar de interacties tussen moleculen die ervoor zorgen dat het DNA gekopieerd wordt. In toekomstig onderzoek kunnen we bijvoorbeeld de link gaan leggen naar de reparatie van DNA-schade, of gaan kijken hoe verschillende componenten van de DNA-replicatiemachinerie elkaar beïnvloeden.’ Bensimon en Diffley hebben er hoge verwachtingen van: ‘We weten grofweg hoe DNA-replicatie werkt in bulkreacties, maar op moleculair niveau hebben we nog maar weinig kennis over de regulering en replicatie van ons erfelijk materiaal. Dat moleculaire begrip is een heilige graal in ons vakgebied en Nynke kan daar belangrijke stappen in zetten.’
Dit is een publicatie van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO).
