Een opera van wormen

Kunstenaars en wetenschappers – het lijken twee uitersten. Kunstenaars zijn op een creatieve manier bezig om mooie dingen te maken en laten zien, terwijl wetenschappers hun dagen spenderen in donkere laboratoria of achter computers om de oorsprong van ons leven te ontrafelen. Toch is er meer overeenkomst dan je zou denken – ook om een succesvolle wetenschapper te worden heb je een flinke dosis creativiteit nodig. Daarbij zijn sommige onderzoeksresultaten ook echt mooi om te zien- zoals bijvoorbeeld plaatjes van allerlei biologisch weefsels die gekleurd zijn met fluorescente labels.

Vanuit de samenleving ontstaat steeds meer de behoefte om ingewikkelde wetenschappelijke ontdekkingen tastbaar te maken voor het grote publiek, en kunst kan hier een belangrijke bijdrage aan leveren. Dat dachten ook de organisatoren van de Designers & Artists 4 Genomics Award (DA4GA); het Netherlands Genomics Initiative, het Centre for Society and Genomics en Waag Society. Zij reikten woensdag 8 december 3 prijzen uit aan kunstenaars die in samenwerking met wetenschappers op een bijzondere manier onderzoek konden presenteren (zie hier).

De prijs bedroeg 25.000 euro waarmee de drie kunstenaars hun voorstel mogen uitwerken, de winnende voorstellen zijn deze zomer in Naturalis in Leiden te zien. Naast een zichzelf-producerende kogelafwerende huid en een transparante twee-staps bioreactor was een van de winnende voorstellen gebaseerd op onderzoek naar een klein wormpje, Ceanorhabditis elegans. Deze rondworm van nog geen millimeter groot (zie plaatje bij dit artikel), ook mijn favoriete proefdiertje, is heel belangrijk gebleken in genetisch onderzoek.

In de 70’er jaren zijn wetenschappers begonnen met het bestuderen van dit wormpje. Niet omdat ze zo geïnteresseerd waren in de biologie van dit organisme, maar omdat ze het als “model” voor genetisch onderzoek wilden gebruiken. Tot die tijd gebruikte niemand nog meercellige organismen, maar was een bacteriofaag of bacterie het “proefkonijn” voor genetici. Door de C. elegans-pioniers is het mogelijk geworden complex gedrag en ontwikkeling te bestuderen in een levend, meercellig diertje. Nu, zo’n 40 jaar later is onderzoek met C. elegans heel succesvol gebleken: het was het eerste meercellige organisme waarvan de complete DNA-sequentie bepaald werd (in 1998), het heeft aan de basis gestaan voor 2 Nobelprijzen (in 2002 en 2006), en wordt veel gebruikt om menselijke ziektes te bestuderen.

Kleine DNA-foutjes kunnen leiden tot allerlei duidelijke afwijkingen in dit wormpje, zoals verminderde vruchtbaarheid, dikkere of dunnere wormen, een korter of langer leven en bewegingsafwijkingen. Op deze manier is de functie van veel genen ontrafeld, wat goed overeen bleek te komen met de functie van diezelfde genen in mensen. Eén van de winnaars van de DA4GA-award wil wormpjes met DNA-afwijkingen gebruiken om een muziekstuk te maken. Verschillende DNA-afwijkingen zorgen voor andere bewegingen, en de wormen produceren daardoor in de opstelling verschillende geluiden, als ware het een opera. De wormpjes zelf worden op een groot beeld weergegeven, met als resultaat een echte “microscopic opera”.
Tijdens het beluisteren en bekijken van de opera kunnen bezoekers zich dus verdiepen in een diertje wat in de geschiedenis van de genetica een enorm belangrijke rol heeft gespeeld, en ook nu veel gebruikt wordt voor het bestuderen van humane ziektes. Kortom, genetica en kunst gaan heel goed samen!

Dit artikel verscheen oorspronkelijk op wetenschapsblog Sciencepalooza

Zo gejetlagged als een hamster?

Een jetlag is niet de prettigste ervaring van een overzeese vliegreis. Sommige mensen kunnen er beter tegen dan anderen, maar bij iedereen raakt de biologische klok behoorlijk ontregeld. Vergelijkbare effecten treden op bij mensen die bijvoorbeeld vaak nachtdiensten werken. Wij, wetenschappers, reizen nogal eens naar andere continenten voor internationale congressen. Zo zit ik nu, terwijl ik dit schrijf, in de buurt van New York. En ook al ben ik al 4 dagen aan deze kant van de oceaan, mijn systeem is nog niet helemaal aan de tijdzone gewend. Tegen de tijd dat dat zover is, vlieg ik weer terug en heb ik in Nederland nog een week nodig om weer bij te komen. Dan is alles weer normaal – dacht ik.

Totdat er vorige week een studie naar de lange-termijn-effecten van een jetlag verscheen (in PlosOne). Een aantal onderzoekers uit Berkeley, Californie, bestudeerden “experimentele jetlags” in hamsters – ze gaven de diertjes een afwijkende licht-donker-cyclus die vergelijkbaar is met een tijdsverschil van 6 uur (precies Nederland – New York dus). Niet één keer, maar gedurende twee-weken werd hun klok iedere 3 dagen vooruit gezet – iets wat mensen ook behoorlijk van slag zou maken. Gedurende deze chronische “jetlag”-periode werden de beestjes onderworpen aan allerlei geheugen-testjes.

Dat de hamsters gedurende de jetlag slechter presteerden op deze testjes verbaasde niemand. De onderzoekers keken echter ook een maand na afloop van de jetlag naar de prestaties van de hamsters. Er bleek nog steeds een groot verschil te zijn tussen de ge-jetlagde hamsters en de dieren die in gewone licht-donker cyclus waren gebleven. Dit was wel verbazend, aangezien wordt aangenomen dat na een week een jetlag wel over is.

De onderzoekers probeerden ook uit te zoeken wat het achterliggende mechanisme hierachter is. Ze vonden dat er verschillen waren in het ontstaan van nieuwe zenuwcellen en nieuwe connecties in de hippocampus (neurogenese). Dit gedeelte van de hersenen is belangrijk bij leren en geheugen, en neurogenese lijkt het belangrijkste proces hierbij te zijn. Het was al eerder ontdekt dat chronisch slaaptekort dit proces kan beinvloeden (zie hier), maar lange-termijn-effecten waren nog niet eerder onderzocht.

Worden we dan echt dommer van een jetlag? Als dat zo is, wat doe ik dan aan de overkant van de oceaan om iets te leren op een congres? En zal echt de komende maand mijn onderzoek lijden onder dit korte bezoekje aan de VS, dat eigenlijk mijn onderzoek zou moeten stimuleren?

Maar misschien moeten we onszelf niet teveel met knaagdieren vergelijken, zeker niet met de Syrische hamsters die waren uitgekozen voor deze studie. Deze soort heeft een heel precieze biologische klok – de tijd van ovulatie bij vrouwtjes-hamsters kan bijvoorbeeld op 15 minuten exact voorspeld worden. Bij mensen is de biologische klok lang niet zo precies en misschien zijn we daarom minder gevoelig voor een jetlag dan hamsters. Maar dat een jetlag vervelend is, dat staat buiten kijf. Ik kan in ieder geval de komende maand, wetenschappelijk onderbouwd, mijn reisje naar de VS de schuld kan geven voor fouten die ik maak.

Dit artikel verscheen oorspronkelijk op wetenschapsblog Sciencepalooza

En na de training drinken we … warme chocolademelk?

Ofwel: “Chocolate Milk Consumption Following Endurance Exercise Affects Skeletal Muscle Protein Fractional Synthetic Rate and Intracellular Signaling” in “Medicine & Science in Sports & Exercise (2010)”

Extran, Aquarius, AA-drink – sporters vergrijpen zich aan allerlei (dure) sportdrankjes na trainingen en wedstrijden om vocht aan te vullen en het opgelopen suiker-tekort aan te vullen. De ingredienten van de deze drankjes zijn – volgens de fabrikanten – precies uitgebalanceerd voor optimaal herstel van de schade aan de spieren die is opgetreden tijdens de inspanning. Maar daarnaast zitten de drankjes vol met chemische kleur-en smaakstoffen die weinig goeds doen. Is sportdrank na een training echt wel nuttig?

Onderzoekers uit Connecticut vroegen zich dit af – aangezien andere voedingsmiddelen eigenlijk dezelfde voedingswaarden kunnen bevatten. En ze testten – chocolademelk. Aan het onderzoek deden 8 behoorlijk goed getrainde hardlopers mee, die allemaal 45 minuten op 65%  moesten trainen. Daarna kregen ze óf chocolademelk, óf een sportdrank met precies evenveel calorieën. Daarna werden gedurende 3 uur spier-biopsieen genomen en werd gekeken naar bepaalde stoffen die betrokken zijn bij spier-herstel. Het bleek dat bij de chocolademelk-drinkers de waarden van deze stoffen duidelijk hoger waren. Ook de glycogeen-voorraden in de spieren, die nodig zijn voor langdurige activiteit, waren bij hen sneller aangevuld dan bij de hardlopers die sportdrank hadden gedronken.

Of het de chocola, de suiker of de eiwitten in de melk zijn die deze positieve effecten veroorzaken is nog niet onderzocht. Maar het is wel een goedkoper (en naar mijn mening een smaakvoller) alternatief voor de mierzoete sportdrankjes die er bestaan. Misschien een nieuw idee voor het assortiment dranken in de kantine na de woensdagavond-training? 

- Dit artikel verscheen in het December-nummer van de Tribune, het clubblad van GVAV Triathlon Groningen -

New year resolutions

A new year is approaching rapidly, so it’s time for New Year resolutions. If any of yours sound like 'Finishing my PhD' or 'Finding a new postdoc', then take a minute to think about what kind of career you want to have. Will you continue along the obvious route of doing a post-doc, struggling to get grants and finding one of the scarce research positions at university, or will you step out of 'real science' and move into industry, policy-making, or something completely different?

If you’re in doubt about your future career, or if you’re curious about what else you could do with a PhD in the life sciences, a good thing you could do for 2011 is to register straightaway for PCDI's Postdoc Retreat. In just 3 days, you will get an almost complete overview of all the possible careers within and outside the academic world. You will meet 80 - 100 other PhD students and postdocs who have similar questions. You can attend workshops from qualified trainers who will show you how to give better presentations, how to discover your transferrable skills, and how to write that perfect grant- or job application. And you can enjoy talking to people with a PhD in the life sciences who followed diverse career paths after graduating.
Last year I attended the retreat and returned to work completely energized (read my report of the retreat). For me, those 3 days were a confirmation of something that I had only partly realized at that time: my future (heart?) did not lie in the academic world. In last year’s forum discussion about 'our impact on society', I realized that this was it: I wanted to have an impact on society MY way! And I knew that I had to take action to reach my goals.

Now, almost a year later, I have taken my first steps in a career in science communication: I started writing for a popular science blog (Sciencepalooza, see also here) and I took part in the Academische Jaarprijs, a competition for the translation of science to a broad audience (see www.genenkraken.nl and my blog entries about this subject).

By being active in these fields next to doing my postdoc work, people noticed that I was truly interested in a career in science communication. This has recently led to a job offer to carry out science-communication-activities for a new European research institute being built in Groningen. So from January onwards, I will be a postdoc for 50% of the time, and working in science communication for the other 50%. All this would not have happened if I had not decided to take charge of my career last year!

At Postdoc Retreat 2010, I was able to 'Put my career in perspective'. Will you do the same in 2011? Check out the retreat’s program for 2011, read the summary of last year’s retreat and sign up to find out that 'Your Future is Your Choice!'

- This blog was first posted on PCDI's community blog - 

Op zoek naar de missende genen

Vraag iemand over zijn of haar lengte en die van familieleden, en er volgt een verhaal over dat iedereen in de familie erg lang is, of juist heel klein. Lengte is namelijk erfelijk bepaald en zelfs zo sterk, dat als de lengte van twee ouders bekend is, met 80% zekerheid gezegd kan worden hoe groot hun kinderen gaan worden. Maar welke genen, welke stukjes DNA, zorgen hier precies voor? Waarschijnlijk zijn er honderden genen die in een complex samenspel met omgevingsfactoren bepalen hoe groot we uiteindelijk worden. Maar hoe precies, is nog grotendeels onbekend.

De genomics-revolutie
Toen in 2000 de totale DNA-volgorde (het genoom) van de mens bekend gemaakt werd (zie ook hier) dacht men alle genen te kunnen vinden die lengte bepalen. Niet alleen voor lengte, maar ook om genen die betrokken zijn bij ziektes te vinden gebruiken onderzoekers op grote schaal genome-wide-association-studies (GWAS). In zulke studies worden DNA-variaties in een grote groep mensen met een bepaald kenmerk (lang, of gezond) vergeleken met dezelfde variaties in een andere groep mensen (kort, of met een bepaalde ziekte). Uit deze studies zijn al veel genen gevonden die betrokken zijn bij ziekte en gezondheid, maar er blijft veel onverklaarbaar.

Ontbrekende genen?
Terug naar het voorbeeld van lengte: bij een GWA-studie om lengte-genen te vinden zijn recent in drie studies meer dan 60.000 personen vergeleken – zoveel waren er nog nooit gebruikt in GWA-studies (zie commentaar in Nature ). De onderzoekers vonden 54 DNA-variaties in genen die lengte bepalen, maar al deze genen bijelkaar kunnen slechts 5% van de erfelijkheid van iemands lengte voorspellen. Daar is geen dure GWAS voor nodig, kijken naar de ouders is een betere methode! Maar waarom zijn niet alle genen gevonden? Met het hele genoom van de mens ontrafeld moet dit toch mogelijk zijn?
Ontbrekende genen zijn niet alleen een probleem bij onderzoek naar lengte, maar ook bij GWA-studies naar ziektes (dit wordt missing heritability genoemd. Het verschijnsel kan deels verklaard worden doordat bij GWA-studies lang niet alle DNA-variaties die voorkomen bij mensen vergeleken worden, alleen maar de meest voorkomende. De weinig voorkomende variaties zijn onbekend en dat zijn waarschijnlijk nou juist die missende genen…

Het 1000-genome-project
Om deze genen toch te vinden zou je de totale DNA-volgorde kunnen bepalen van alle mensen in een studie (sequencen) – maar dit is, ondanks de steeds snellere en goedkopere technieken nog steeds onbetaalbaar. Een andere manier is om de weinig voorkomende DNA-variaties wél te vinden. Dit wordt gedaan in het 1000-genome-project, een wereldwijde samenwerking tussen onderzoeksgroepen gestart in 2008. Het doel van dit project is om 95% van de DNA-variaties die bij minder dan 1% van de mensen voorkomen te vinden – bijna alle zeldzame variaties dus. De onderzoekers denken dit te bereiken door – zoals de naam zegt – de DNA-volgorde van 1000 mensen van verschillende etnische achtergrond compleet te sequencen.

De resultaten van dit project zullen, net als de originele publicatie van het humane genoom, voor iedereen toegankelijk zijn zodat iederen onderzoekers deze gegevens kan toepassen in studies. Dit is de kracht van het 1000-genome-project: het is namelijk gebleken dat zeldzame DNA-variaties voorspeld kunnen worden op basis van meer voorkomende DNA-variaties. Dus als er door het 1000-genome-project meer DNA-variates bekend worden, kunnen GWA-studies véél meer gegevens opleveren en kunnen de missende genen gevonden worden!

De opstartfase van het 1000-genome-project is afgerond en gepubliceerd in Nature, en nu al zijn 8 miljoen nieuwe DNA-variaties gevonden. Ook is ontdekt dat alle gebruikte gezonde mensen DNA-veranderingen hebben waarvan bekend is dat ze zeldzame ziektes veroorzaken! De invloed van één enkele DNA-verandering is dus helemaal niet zo groot als altijd werd gedacht. Waarschijnlijk zijn combinaties van veranderingen er verantwoordelijk voor dat de één wel ziek wordt, of lang, en een ander niet. Maar dat complexe samenspel tussen genetische variatie (en omgeving) is nog grotendeels onbekend.

Het 1000-genome-project wordt gezien als de volgende fase van de genomics-revolutie.Dit project kan ervoor zorgen dat zeldzame DNA-variaties niet alleen gevonden gaan worden, maar ook geassocieerd kunnen worden met ziekte en gezondheid, en zo toepassingen kunnen hebben voor de medische wetenschap.

Wordt vervolgd.

Dit stuk verscheen oorspronkelijk op wetenschapsblog Sciencepalooza en ook op de opiniepagina van de Volkskrantsite.

The Academische Jaarprijs - the end?

Our team from Groningen, the GenenKrakers (gene code breakers) has been busy for a year to come up with ideas, and had been organizing a number of public activities (see our website and previous blogs-entries: AJ 1/3 and AJ 2/3). Our plan was to use the railway as a metaphor for DNA (see picture) and to remodel a train carriage into a travelling exhibition on the role that DNA and lifestyle play in health and disease (focused on our research): the LifeLinesExpress.

Wednesday 27 October was D-Day for the participants in the Academische Jaarprijs 2010 – a competition for the best translation of science to a broad audience. On this day, the winner would be rewarded 100.000 euro to realize their plan. At an official happening in Leiden, all five teams gave a 15-minute presentation on their plans to the jury.

After submitting the proposal in September, our team put the best foot forward to make the best presentation for this day. Luckily, one of our team members was not only post-doc in bioinformatics, but also a graphic designer. He and his colleagues designed amazing animations of the train and we put together a fancy presentation. In addition, we moved our DNA-bar to Leiden, and we had our own piece of plastic 'railway' on the stage that we could bend into a DNA-molecule. Our plan was presented on stage by three team-members (including myself).

The hours of work and the many days of practice seemed to pay off - we did a great job! The presentation went smoothly, the audience liked it and apparently the jury did so too as we were invited to the Grand Finale, together with the Wageningen team. So, now we had 50% chance to win the 100.000 euro to turn our LifeLinesExpress into reality… But the odds turned against us as the (divided) jury decided that the other team, that brought a real Chilean Blue Eagle, was to win the 100.000 euro. So we got … nothing.

But was all my time and effort wasted? NO, it was NOT! Participating the Academische Jaarprijs made me realize what I am passionate about: explaining science to a broad audience, organizing events, searching for new ways to communicate complicated research. And during this competition I learned all the skills I will need for a future career in this direction.

In the meantime, I kept my research going and I was lucky that I received help from two talented students. While I was talking on the phone with graphic designers and travelling across the country, they kept my project going. Also, in this period our group got a major paper published in Cell and I submitted a grant-proposal. So I am still keeping my options open for a career in any direction, but my next career step will focused on a job where science and communication can be combined!

- This blog was first posted on PCDI's community blog - 

Het Mozart-effect

Het wordt vaak gezegd: de muziek van Mozart maakt je slimmer. Dit is een (niet-helemaal correcte) popularisatie van een principe dat ooit is onderzocht en bekend is geworden als het “Mozart-effect”. Echt slimmer wordt je niet van de muziek van Mozart, maar het is wel meermalen beschreven en onderzocht dat mensen bepaalde taken beter kunnen uitvoeren nadat ze naar muziek van Mozart hebben geluisterd. Dit zou kunnen komen omdat deze muziek je geconcentreerder en ontspannender maakt.


De medewerkers van ScienceLinx, van de Rijksuniversiteit Groningen, wilden onderzoeken wat voor effect de muziek van Mozart nou echt heeft op hersenactiviteit. Hiervoor werd niet zomaar een cd met muziek aangezet, maar werd samengewerkt met het Noord-Nederlands Orkest. In het kader van Oktober Kennismaand, was op zondag 17 oktober in een universiteitsgebouw een wetenschappelijk experiment gecombineerd met live kamermuziek bij te wonen. Als Mozart-liefhebber en hersenonderzoeker moest ik hier natuurlijk bij zijn!

Voor het experiment werden 2 toeschouwers, een man en een vrouw van vergelijkbare leeftijd, als proefpersonen aangewezen. Zij kregen een hoofdband met electrodes op, waarmee hersengolven gemeten werden. Na het kalibreren van de meetinstrumenten zette het kamerorkest bestaande uit een klarinettist, een cellist, een alt-violist en twee violisten, een klarinetquintet van Mozart in. Mooie klanken vulden al snel de ruimte in de Bernouilliborg, een universiteitsgebouw waar normaal wiskunde-colleges worden gegeven. De twee proefpersonen moesten zo geconcentreerd mogelijk luisteren, en de andere toeschouwers konden live hun hersenactiveit zien.

Het was duidelijk te zien dat de muziek vergelijkbare effecten had op beide deelnemers: plostelinge harde klanken werden onmiddellijk gevolgd door hogere hersenactiviteit. Verstoringen van buitenaf (een tv die ineens geluid maakte, een huilend kind) leidden ook tot heftige verhogingen van de hersenactiviteit. Maar toch was er weinig verschil tussen het rustige tweede deel en het actievere derde en vierde deel van het klarinetquintet. Ook leek het dat het concentreren gedurende het concert makkelijker werd voor de proefpersonen: de activiteit werd gemiddeld lager en ze waren minder snel afgeleid.  Er waren echter ook individuele verschillen: zo had soms, zonder duidelijke aanleiding, de vrouwelijke proefpersoon een hogere hersenactiviteit.

Na de pauze namen de strijkinstrumenten afscheid en speelde de klarinettist alleen een stuk van de moderne Italiaanse componist Luciano Berio – die vooral atonale muziek heeft geschreven. Heel anders dan de harmonieuze klanken van Mozart – voor mij was het in ieder geval minder makkelijk om naar te luisteren. Toch leek het de proefpersonen redelijk goed af te gaan, en bleef hun hersenactiviteit behoorlijk beperkt. Na afloop sprak ik de vrouwelijke proefpersoon, die naar eigen zeggen erg sterk op omgevingsgeluiden reageert omdat ze docent is, en daardoor alles moet opmerken. Ten tweede speelt ze zelf cello waardoor ze iedere fout en/of vals nootje in de muziek opmerkt. Inderdaad was tijdens het Mozart-stuk duidelijk te zien dat zij vaker sterke pieken vertoonde dan de andere proefpersoon.

Het lijkt er vanuit mijn observerende positie op dat concentratie voornamelijk persoons- en omgevingsafhankelijk is. Een groot verschil tussen de verschillende muziekstukken kon ik als toeschouwer niet opmaken uit de hersengolven. Maar de medewerkers van ScienceLinx gaan de gegevens nu analyseren en hopen binnen enkele dagen de resultaten te publiceren. Misschien zijn er dan wel duidelijkere verschillen te zien… In ieder geval een leuk experiment voor de zondagmiddag, waar duidelijk werd dat je wetenschap prima kunt combineren met klassieke muziek!

 
Dit artikel verscheen oorspronkelijk op wetenschapsblog Sciencepalooza

Een klein wormpje om hersenziektes te bestuderen

Bij de afdeling Genetica in Groningen probeert een groep onderzoekers genen te vinden die betrokken zijn bij ziektes van de hersenen, zoals de ziekte van Parkinson, Alzheimer en Huntington. De verschijnselen van deze ziektes worden veroorzaakt door het doodgaan van zenuwcellen in de hersenen. In deze cellen ontstaan samenklonteringen van eiwitten, die er waarschijnlijk voor zorgen dat de cellen doodgaan. Maar hoe dit precies werkt is nog onduidelijk. Om de ziektes beter te begrijpen zoeken wij naar genen die het vormen van die samenklonteringen beïnvloeden.

Hiervoor gebruiken we een nietig klein wormpje dat nog geen millimeter groot is en niet eens hersenen heeft: Caenorhabditis elegans. Het klinkt misschien raar, maar mensen lijken meer op deze worm dan je zou denken. We hebben namelijk heel veel van ons erfelijk materiaal, ons DNA, gemeen met dit wormpje. En zelfs 90% van de genen die betrokken zijn bij humane ziektes komen ook voor in de worm! Er is al heel veel belangrijk onderzoek gedaan met deze worm: het beestje heeft 2 Nobelprijzen opgeleverd (in 2002 en 2006) en was het eerste meercellige organisme waarvan de totale DNA-volgorde bekend werd (in 1998).

Wij hebben wormpjes die genetisch zo aangepast zijn dat ze de ziekmakende eiwitten produceren die bij mensen voorkomen bij de ziekte van Huntington. De wormpjes krijgen dan ook de samenklonteringen die lijken op die in de hersenen van Huntington-patiënten voorkomen. Vervolgens zoeken we naar genen die ervoor zorgen dat er meer of minder van die samenklonteringen ontstaan. Met verschillende technieken hebben we al bijna 200 van deze genen gevonden. En aangezien het menselijk DNA veel lijkt op dat van de worm, zou het kunnen dat deze genen ook bij mensen het vormen van de samenklonteringen beïnvloeden.

Eén gen dat we recent gevonden hebben is modifier of aggregation-4 (moag-4) (in augustus gepubliceerd in het vaktijdschrift Cell). Wanneer dit gen wordt uitgeschakeld in wormen met het huntington-eiwit (links), krijgen de wormen veel minder en veel later samenklonteringen (rechts). Ook de schadelijke effecten van de samenklonteringen worden minder. Mensen hebben dit gen ook, het komt voor in twee varianten: serf1 en serf2. De functie van deze genen is nog grotendeels onbekend. Maar wanneer we het uitschakelen in menselijke cellen waarin samenklonteringen optreden, ontstaan die ook minder (snel).

Met vervolgonderzoek proberen we nu verder uit te zoeken wat de functie van het gen precies is. In ieder geval zorgt deze ontdekking ervoor dat we het proces van het vormen van de samenklonteringen beter kunnen begrijpen. Deze ontdekking kan in de toekomst misschien ook van pas komen voor het ontwerpen van nieuwe behandelingen voor de ziekte van Huntington en andere ouderdomsziektes van de hersenen. Zo kan een wormpje dus nuttig zijn om menselijke ziektes te bestuderen.

- Dit artikel verscheen eerder op Scilogs -

Een stapje verder in het ontrafelen van de ziekte van Huntington

De ziekte van Huntington wordt veroorzaakt door een verlenging van een stuk van het Huntingtine-gen. Dit stuk bevat een aantal keer achterelkaar het aminozuur glutamine (Q) – bij de meeste mensen tot zo’n 35 glutamines. Zitten er echter meer dan 40 glutamines (polyglutamine) in het Huntingtine-gen, dan kan het eiwit huntingtin niet meer goed gevouwen worden en ontstaan eiwitophopingen. Deze zogenaamde “aggregaten” zijn (één van de) boosdoeners bij de ziekte van Huntington.

Hoe deze opstapelingen van eiwit precies ontstaan is niet helemaal duidelijk. Met een subsidie van het Prinses Beatrix Fonds en de Vereniging van Huntington wordt in het UMC Groningen, onder leiding van dr. Ellen Nollen, dit proces onderzocht. Hierbij maken ze gebruik van kleine wormpjes (C. elegans genaamd) die verlengde polyglutamine-eiwitten hebben (zoals bij de ziekte van Huntington). In deze wormpjes proberen de onderzoekers genen te vinden die aggregatie kunnen versnellen of vertragen – belangrijke informatie om het proces van aggregatie beter te begrijpen.

MOAG-4
De onderzoekers zoeken zowel naar genen die aggregatie versnellen, als genen die aggregatie vertragen. Zo hebben ze al meer dan 200 genen gevonden en één daarvan, Modifier of Aggregation-4 (moag-4) genaamd, bleek een belangrijke ontdekking te zijn. Wanneer dit gen uitgeschakeld is, hebben de wormen 70% minder aggregaten. Ook hebben ze minder last van de schadelijke effecten van de aggregaten. Dit is afgelopen augustus gepubliceerd in het toonaangevende tijdschrift ‘Cell’.

Door biochemische technieken ontdekten de onderzoekers dat afwezigheid van MOAG-4 zorgt voor een andere vouwing van de polyglutamine-eiwitten, waardoor ze niet volledig konden aggregeren. Hiernaast bleek MOAG-4 niet alleen een effect te hebben op polyglutamine-eiwitten, maar ook op alpha-synucleine en amyloid-beta, eiwitten betrokken bij respectievelijk de ziekte van Parkinson en Alzheimer.

Serf1 en Serf2
Het blijkt dat zoogdieren en mensen twee genen hebben die sterke gelijkenis vertonen met moag-4: Serf1 en Serf2. Over deze eiwitten is nog bijna niets bekend. De onderzoekers bekeken het effect op eiwitaggregatie van deze genen in humane gekweekte cellen met mutant Huntingtine, en zagen dat vermindering van Serf1 en Serf2 ook de hoeveelheid aggregatie terugbracht.

Relevantie voor de humane ziekte?
Afwezigheid van MOAG-4/SERF zorgt dus voor minder schadelijke effecten van bepaalde ziekte-eiwitten. De onderzoekers weten nog niet wat aanwezigheid van MOAG-4 dan wél doet. Maar dat het gen zowel in wormen als in mensen bestaat, maakt de ontdekking zeer interessant voor de ziekte van Huntington. Deze ontdekking leidt tot meer begrip van het eiwit-opstapelings-proces en kan in de toekomst de zoektocht naar medicijnen wellicht helpen.

- Dit artikel is gepubliceerd in de nieuwsbrief van het Prinses Beatrix Fonds van oktober 2010 -

GENen kraken in GroninGEN

Dit artikel is deel 1 in de reeks over de Academische Jaarprijs – een wedstrijd tussen Nederlandse universiteiten en onderzoeksinstellingen voor de beste vertaling van wetenschappelijk onderzoek naar een groot publiek. Vijf teams strijden op 27 oktober tijdens de finale in de Stadsgehoorzaal in Leiden om een prijs van 100.000 euro om hun plannen waar te maken.
 
Hoe je gezond oud kunt worden ligt voor een groot deel verscholen in ons erfelijk materiaal, het DNA. De combinatie van genen en levensstijl bepaalt je toekomstige levenslijn van ziekte en gezondheid. Op de afdeling Genetica van het Universitair Medisch Centrum Groningen wordt onderzoek gedaan welke genen erfelijke ziekten en eigenschappen bepalen – ons team voor de Academische Jaarprijs heet dan ook de “Genenkrakers”.

Het onderzoek van de groep van professor Cisca Wijmenga, een van de teamcaptains, is specifiek gericht op het zoeken naar genen die betrokken zijn bij ziektes die te maken hebben met een verstoord immuunsysteem, zoals reuma, diabetes en gluten-intolerantie (coeliakie). Op het eerste gezicht lijken deze aandoeningen behoorlijk verschillend, maar door onderzoek van de groep van prof. Wijmenga is gebleken dat deze ziektes veroorzaakt kunnen worden door gemeenschappelijke genen (zie review-artikel uit 2009).

Om tot dit inzicht te komen zochten de onderzoekers naar kleine variaties in het DNA van soms maar 1 letter (Single Nucleotide Polymorphisms, SNP’s) en gebruikten ze genome-wijde-associatie-studies (GWAS) om verschillen tussen controle-DNA en DNA van mensen met deze ziektes te vinden. Ze richtten zich in eerste instantie op patiënten met coeliakie, wat bij 1-2% van de bevolking voorkomt. De afgelopen jaren hebben ze zo 40 DNA-variaties geïdentificeerd die betrokken zijn bij deze aandoening (artikelen uit 2007, 2008, 2009 en 2010). Door vervolgens deze DNA variaties ook te bekijken in patiënten met andere ziektes konden ze inderdaad bewijzen dat reuma, diabetes en coeliakie veel van hun genetica delen (artikelen uit 2007, 2008, 2008 en 2009).

Door dit onderzoek is niet alleen veel meer duidelijk geworden over de biologie van deze aandoeningen, ook kunnen deze genetische variaties gebruikt worden om individuen met een hoog risico op coeliakie te identificeren (artikel in 2009). Door op een vroege leeftijd coeliakie te herkennen kan met een gluten-vrij dieet voorkomen worden dat mensen op latere leeftijd gezondheidsproblemen krijgen. Op deze manier heeft de genetica een vrij direct gevolg voor patiënten.

Maar er was nog een vraag die de onderzoekers intrigeerden. Voordat in de jaren ’50 werd ontdekt dat coeliakie behandeld kon worden met een gluten-vrij dieet leidde de ziekte vaak tot verminderde vruchtbaarheid en vroegtijdig overlijden en leidde daarmee tot minder nakomelingen. Maar waarom komen deze specifieke variaties, die de kans op coeliakie vergroten, dan wel bij zoveel mensen voor? Om een antwoord op deze vraag te krijgen bekeken de onderzoeker een aantal DNA-varianten betrokken bij coeliakie, en berekenden of deze vaker voorkomen in de algemene populatie dan je op basis van geschiedenis zou kunnen verwachten. Een variant in één specifiek gen, SH3B3 genaamd, bleek inderdaad vaker voor te komen dan verwacht en de onderzoekers toonden tevens aan dat dragers hiervan beter beschermd zijn tegen bacteriële infecties. Er werd berekend dat dit voordeel ongeveer 1200-1700 jaar geleden voorkwam, tijdens een periode van pest epidemieën. Dat een deel van de mensheid de pest heeft overleefd moeten we nu bekopen met een hogere kans op immuun-gerelateerde ziektes.

De Genenkrakers willen in hun project duidelijk maken hoe mooi DNA is en hoe belangrijk genetica is voor een betere kennis over gezondheid. Hiervoor willen ze de spoorrails gebruiken als metafoor van het DNA: beiden zijn opgebouwd uit twee strengen die onderling verbonden zijn. Als je bedenkt dat er in de hele wereld niet genoeg spoor ligt om alle (6 miljard) letters van het DNA binnen één cel weer te kunnen geven, kun je nagaan hoe groot en complex ons erfelijk materiaal is. Het is de taak van onderzoekers als de Genenkrakers om deze complexiteit te ontrafelen en hiermee een beter inzicht te krijgen in wat onze levenslijn van ziekte en gezondheid gaat bepalen.

Bekijk de gedetailleerde plannen voor de Academische Jaarprijs op onze website, volg ons via blog, facebook, hyves en twitter en bekijk onze pitch!

Dit artikel verscheen oorspronkelijk in een reeks over de Academische Jaarprijs op wetenschapsblog Sciencepalooza

Eindelijk zo oud als Methusalem?

Volgens de Bijbel (Genesis 5:27) werd Methusalem maar liefst 969 jaar oud. Ook zijn familieleden bereikten astronomisch hoge leeftijden: zijn vader werd 365 jaar oud en zijn zoon zou het 777 jaar hebben volgehouden. Nu de medische wetenschap steeds beter wordt, en ziektes waar men vroeger aan dood ging met een bezoekje aan de huisarts kunnen worden verholpen wordt de vraag of mensen echt zo oud kunnen worden steeds relevanter. Wat bepaalt eigenlijk hoe oud iemand kan worden? Is er een magisch recept? Of zit het allemaal in je genen?


Methusalem-genen?
Net als bij Methusalem zit hoge leeftijd vaak in de familie. Dit wijst op een erfelijke aanleg voor ouderdom, maar een “gen voor ouderdom” is nog niet gevonden. Onderzoekers zijn al decennia lang bezig om uit te vinden welke genen levensduur kunnen beïnvloeden. De eerste aanwijzingen voor een genetische basis van ouderdom kwamen van studies met een klein wormpje, Ceanorhabditis elegans. In 1988 werd gepubliceerd dat een mutatie in een gen, later age-1 genoemd, de levensduur van de worm tot wel tweemaal kon verlengen. De zoektocht hield echter niet op bij de worm.

GWAS en SNP-chips
Wat is toch het geheim waardoor sommige mensen meer dan 100 jaar oud kunnen worden, en daarbij nog gezond kunnen blijven ook? Door de recente ontwikkelingen op het gebied van de genetica wordt het steeds makkelijker om bij grote groepen mensen naar kleine variaties in erfelijke informatie te zoeken (zogenaamde genome-wide-association-studies – kortaf: GWAS). Voor het vergelijken van het DNA worden zogenaamde SNP-chips gebruikt: microchips waarop heel veel 1-letter-DNA-variaties (SNP’s) “gespot” zijn. Hierop kunnen DNA-samples aangebracht worden en gekeken worden welke 1-letter variaties in een specifieke groep mensen voorkomen. Wetenschappers uit Boston gebruikten SNP-chips van het bedrijf Illumina om DNA van een groep “centenarians” (100-jarigen) te vergelijken met “gewone mensen”. Ze vonden maar liefst 150 DNA-variaties die geassocieerd konden worden met een hoge leeftijd, en op basis van deze variaties was het mogelijk om met 77% nauwkeurigheid te voorspellen of iemand de 100 zou halen. Een werkelijk ongeëvenaarde doorbraak in het onderzoek naar ouderdomsgenen! Deze studie werd dan ook versneld gepubliceerd in het toonaangevende tijdschrift Science. Science organiseerde een persconferentie en veel gewone media berichtte over deze nieuwe ontdekking.

Kritiek
Maar het leek te mooi om waar te zijn. De dagen daarop stonden wetenschapsblogs vol met kritiek op het artikel, het bleek namelijk dat de onderzoekers verschillende typen DNA-chips hadden gebruikt voor hun studie. Van één daarvan (de Illumina 610-chip) was bekend dat een aantal “spots” niet goed zijn en juist deze werden geassocieerd met ouderdom! Er was veel kritiek op Science: het was ongepast dat een artikel met zulke fouten in zo’n toonaangevend tijdschrift gepubliceerd kon worden! Waarom hebben de reviewers deze fout niet eerder opgemerkt? Topbladen moesten maar eens ophouden met sexy wetenschap te willen publiceren ten koste van kwaliteit! (zie bijvoorbeeld dit artikel) – het hele onderzoeksveld stortte zijn gal uit over deze grote fout van Science. Ook op de onderzoekers was veel kritiek – hoe hadden ze zo dom kunnen zijn! Maar hun resultaten waren al eerder gepresenteerd op internationale congressen, en toen had niemand het gebruik van de Illumina-610-chips opgemerkt. Terwijl andere aspecten van het artikel, zoals de statistische analyses, zeer robuust en goed gecontroleerd waren, leken de onderzoekers echt niet op de hoogte van de fouten op de Illumina-610 chips en had ook niemand ze erop gewezen.

Sexy wetenschap
Het is het onderwerp dat ervoor gezorgd heeft dat het artikel zo snel, inclusief fouten in het tijdschrift is verschenen. Ook de wetenschap is modegevoelig en op dit moment is veroudering “hip” en “sexy”. Maar zijn de resultaten dan helemaal niet waar? Dat lijkt erg ongeloofwaardig, denken de onderzoekers. Momenteel zijn ze bezig om een deel van de DNA-monsters opnieuw te vergelijken op andere chips en de gegevens opnieuw te analyseren, waarbij ze niet uitsluiten dat de conclusies van het onderzoek enigszins kunnen veranderen. Maar veel willen ze er niet over zeggen, geschrokken als ze zijn over de golf van kritiek die via de media over ze heen is gekomen.

Ook reviewers van een van de beste wetenschappelijke tijdschriften kunnen dus een fout door de vingers zien, maar in het geval van Science leidde dit tot een heuse media-rel. Gelukkig kunnen we hieruit concluderen dat de wetenschap zichzelf weet te controleren, doordat er genoeg onderzoekers zijn die een artikel gedetailleerd lezen. Hopelijk zullen de conclusies van het onderzoek niet veel veranderen en kunnen we alsnog op zoek naar de eeuwige jeugd met behulp van de Methusalem-genen.

Dit stuk verscheen eerder op wetenschapsblog Sciencepalooza en op de opiniepagina van de Volkskrantsite

Dans! En ik vertel u hoe gezond u bent…

Bij veel diersoorten, zoals bepaalde vogels, is een “dans” onderdeel van het paringsritueel. Mannetjes proberen vrouwtjes te imponeren met hun dans; vrouwtjes op hun beurt kunnen aan de dans van het mannetje veel aflezen over zijn gezondheid, kortom, of het wel een geschikte partner is. Wie zich wel eens in de vroege uurtjes in een uitgaansgelegendheid bevindt zal het niet ontgaan dat ook mensen met dansbewegingen proberen indruk te maken op het andere geslacht. Maar heeft dansen dan ook invloed op de partnerkeuze bij mensen? Dat lijkt moeilijk te bepalen omdat ook uiterlijk een belangrijke rol speelt, en dat moeilijk los is te zien van een dansend persoon. Door computer-trucjes kunnen onderzoekers nu deze twee aspecten loskoppelen.

Dansende avatars

Om dansbewegingen beter in kaart te brengen lieten Britse en Duitse onderzoekers van Northumbria University (UK) mannen dansen voor 12 camera’s (zie hier voor het onderzoek in Biology Letters). Vervolgens maakten ze een “avatar” van de dansbewegingen, waarbij de bewegingen goed te zien waren, maar niet het uiterlijk van de proefpersoon. Bekijk ook de filmpjes van de avatars: goede dansers versus slechte dansers. Hierna lieten ze vrouwen de verschillende filmpjes beoordelen. Alhoewel alle dansende mannen amateurs waren, bleek er een groot verschil te zijn in de beoordeling van de dansvormen. Figuren die veel met hun romp, nek en hoofd bewogen, haalden hogere scores dan de avatars die alleen met hun armen en benen bewogen. De onderzoekers suggereren dat het maken van complexe bewegingen een teken is van goede conditie en gezondheid. Daardoor zouden vrouwen deze dansbewegingen als “beter” aanmerken en de bijbehorende mannen ook aantrekkelijker vinden.

Symmetrie

De rol van dansen bij partnerkeuze is al vaker onderzocht. Zo verscheen er in 2005 een artikel in Nature waarbij Amerikaanse onderzoekers mannen en vrouwen uit Jamaica lieten dansen voor een camera en van hun bewegingen ook een animatie maakten (zie hier). Mannelijke en vrouwelijke proefpersonen moesten vervolgens de danskwaliteiten beoordelen. Van de dansende proefpersonen was al eerder bepaald hoe ‘symmetrisch’ zij waren. Het bleek dat er een sterk verband was tussen iemands (eerder bepaalde) symmetrie en zijn danskwaliteiten. Bij veel diersoorten is symmetrie gekoppeld aan een gezondheid, vruchtbaarheid en levensduur (zie bijvoorbeeld hier). Symmetrie, vooral van het gezicht, is daardoor een heel belangrijk selectiecriterium bij de partnerkeuze.

Kort door de bocht gezegd: hoe gezonder een man is, hoe symmetrischer hij is en hoe beter hij kan dansen. Zo simpel ligt het natuurlijk niet, maar misschien is het vinden van de geschikte partner in een discotheek toch helemaal niet zo’n slecht idee. Wat danslessen hieraan bij kunnen dragen is nog niet onderzocht. 

Dit artikel is oorspronkelijk verschenen op wetenschapsblog Sciencepalooza

The Academische Jaarprijs - continued

In May, I wrote about how our team, the Genenkrakers (gene code breakers), got selected for the finals of the Academische Jaarprijs. What this would mean for my activities was not really clear to me at that point, but now, after having submitted the full proposal, I know it involves being organizer, bartender, entertainer, actor, movie director, and much more. So what have we been doing over the past few months? Well, a lot! This year, at Noorderzon, a new building full of science appeared in between the music stands, theatres, arts, food, wine and beer. (Noorderzon is a yearly performing arts festival held in Groningen.) Our team for the Academische Jaarprijs was asked to participate in this new Science Center, called Cu³. After some brainstorming, we came up with the idea of a “DNA bar”: serious science with a hint of the main activities of the festival’s visitors.

At this bar, we sold DNA necklaces: visitors were given a cotton swab and asked to take some saliva from their inner cheek, we isolated their DNA and put it in a capsule that could be hung on a necklace. The Cu³ was a big success (it had more than 5000 visitors over 10 days), and our DNA bar was an excellent idea – we sold over 1100 DNA necklaces! Who would ever have expected such a success! Isolating 1150 DNA samples is a lot of work, so we asked for help from our colleagues in the Department of Genetics.


Without any trouble we got over 40 volunteers to work behind the bar for an afternoon or evening. For me, it involved organizing the bar schedule, supervising the shifts, and keeping track of the stocks in the bar. In addition, I did a number of shifts myself, explaining to visitors why we were doing this, persuading them to have their DNA isolated, and helping in the isolation process. I also got to know the other members of the Qu³ – all people who, next to their regular jobs as a teacher, scientist, artist or student, had volunteered to work long evenings in this Science Center at an arts festival… Those were 10 long days, but it was great fun.
When Noorderzon was over, there was no time to recover as our team had to have their TV pitch filmed. Our plan was to act a short interview, explaining the metaphor between DNA and the railway, and for this interview we needed trains. The NS (Dutch railways) has a conference center in Utrecht, where there are simulated trains available for certain purposes. So, accompanied by a photographer and a camera women, we all traveled to Utrecht, where it took us almost the whole day to record a 3-minute movie, not including the time we had spent writing the script and designing the animations that are part of the movie.

This project is really giving me opportunities to see a whole different side of science. Working in the Science Center gave me an incredible amount of energy and enthusiasm. I think I found out the direction in which I will have to steer my career in the future. For now, I’m recovering from the festival and trying to get my lab work running again (almost forgot, I’m still a post-doc) and remembering the great evenings at the DNA bar.
Please visit our website and weblog and do join our Facebook, Twitter and Hyves groups to help us win the prize in October!

- This blog was first posted on PCDI's community blog - 

Het geheim van de aangroeiende ledematen

Het is een gemeen spelletje (waar ik me zelf nooit aan heb gewaagd…): als je bij een salamander een poot of de staart afsnijdt loopt het diertje vrolijk verder en groeit na verloop van tijd weer een nieuwe poot/staart aan… Ook regenwormen en zebravisjes hebben de mogelijkheid om lichaamsdelen te regeneren. Zoogdieren kunnen dit (helaas) niet – bij mensen kan alleen de lever zichzelf herstellen (hoewel er ook aanwijzingen zijn dat bij kleine kinderen geamputeerde vingertopjes weer kunnen aangroeien – dit terzijde). Hoe dit wonderlijke  mechanisme in salamaders werkt houdt biologen al decennia lang bezig.

Wanneer een salamander een staart of poot kwijtraakt, krijgen de spiercellen vlakbij de beschadiging hier signalen van. De ontwikkelde spiercellen doen dan als het ware een stapje terug en vormen primitievere, ongedifferentieerde spiercellen. Ze kunnen dan opnieuw gaan delen en vormen een “groeischijf” waaruit nieuw spierweefsel kan ontstaan. Bij salamanders is het gen Rb betrokken bij dit proces. Normaal, in een ontwikkelde spiercel, is het gen Rb actief; wanneer het wordt uitgeschakeld gaat de cel een stap terug in de celdelingscylcus en kan de aangroei van de verloren staart of poot beginnen. Bij menselijke spiercellen in kweek werkt dit principe niet – er moet dus nog een andere factor zijn in amfibieën die dit proces aanstuurt. Wat hebben salamanders dat wij niet hebben?

Wetenschappers uit Californië hebben nu het moleculaire mechanisme van dit principe verder blootgelegd (artikel in Cell Stem Cell). De onderzoekers kwamen erachter dat het niet gaat om iets dat salamanders wel hebben en zoogdieren niet, maar andersom. Ze vonden dat een gen, dat bij zoogdieren betrokken is bij celdeling, Arf genaamd, wél voorkomt bij zoogdieren maar niet bij amfibieën. Wanneer zowel Arf als het eerder genoemde Rb werden uitgeschakeld in muizen-spiercellen, gingen deze ook een stapje terug, net als bij salamanders. Wanneer de genen weer actief werden gemaakt, ontwikkelden de cellen zich weer tot gespecialiseerde spiercellen. Ook lieten de onderzoekers zien dat wanneer de “primitieve” cellen met uitgeschakeld Rb en Arf werden geimplanteerd in levende muizen, deze makkelijk konden integreren in volgroeide muizenspieren.

Dit is een belangrijke ontdekking voor de kennis over weefsel-regeneratie, maar er moet niet te vroeg worden gejuicht, iets dat ook de onderzoekers beamen. Beide genen, Arf en Rb, hebben ook een functie bij celdeling en zijn hiernaast ook “tumorsuppressorgenen”. Dat betekent dat ze in hun normale functie beschermen tegen  de ontwikkeling van kanker. Als je ze uitschakelt kunnen cellen zich ongehinderd gaan delen met alle gevolgen van dien… Zoogdieren lijken dus gedurende de evolutie het principe van weefsel-regeneratie te hebben verloren ten koste van een betere tumor-suppressie. De ontrafeling van dit mechanisme is een belangrijke stap in de kennis over weefsel-regeneratie, maar aangroei van een geamputeerd been door het uitschakelen van bepaalde genen zit er voorlopig niet in.

Dit artikel is oorspronkelijk verschenen op wetenschapsblog Sciencepalooza

The party brain

Unfortunately never published, but written as a report of a lecture-that-never-happened at the JUMP-the-FENS-party, Monday 5^th of July, 2AM (or actually Tuesday 6^th), Melkweg, Amsterdam

Peter Hagoort, Donders Institute for Brain, Cognition and Behavior

After dancing, watching movies and more dancing on the tunes of bancs like The Coronas, C-mon & Kypski, and the Wicked Jazz Club Band; at 2AM on this early Tuesday morning in July, the Melkweg was still packed with neuroscientists. Finally it was time for the “surprise act”… which was… a lecture? Seriously? What could Peter Hagoort, professor in Neurolinguistics, entertain us with at this hour considering the alcohol-consumption and subsequent diminished brainfunction of the audience?

Unfortunately due to technical problems the lecture was cancelled, but Peter Hagoort was so nice to send me his lecture anyway: THE PARTY BRAIN! Ok, that’s a good title for a lecture for this occasion… Do we really have a party brain? It was actually a special name that Hagoort had chosen for the occasion for the “social brain” as it is called in literature. Being a molecular biologist, I needed some background reading to understand the lecture, but here’s a summary:

During evolution, brain size has increased dramatically in size, especially the cortical regions. This has made us able to develop skills and behavior that are needed for the complex social situations that we find ourselves in every day, and for the development of brain function that is needed for language development and processing. Many knowledge about brain area’s that are important for language comprehension and behavior in complex social situations comes from imaging techniques as Electro-Encephalograpy (EEG), and more recently,  functional Magnetic Resoncance imaging (fMRI).

Hagoort has been using both techniques to study the activity of groups of neurons in reaction to processing of language - the first topic of his presentation. In one study, he used short sentences with correct and non-correct statement to see if our brain reacts differently to false or true statements. For example, it is very well known among Dutch people, that our trains are yellow and very crowded, so the brain reacts calmly on hearing this sentence. However, when the sentence is changed into “Dutch trains are white and very crowded”, he showed that the brain reacts much stronger on this sentence, especially during the word “white”. This condition is called “world knowledge violation”, because participants KNOW it is wrong. Another condition, called “semantic violation” applies to a sentence as “Dutch trains are sour and very crowded” – “sour” is a feature that is normally related to taste and food, and not to trains. Also this sentence causes a larger brain response. By fMRI-studies, Hagoort could localizae the area where these “violations” are processed, which happens in the same brain region for both conditions (the left interior prefrontal cortex, close to Broca’s area 45 and 47) (see Hagoort et al, Science 2004).

In addition, he showed other experiments of his group, where semantically correct sentences are spoken by different speakers. Social knowledge would cause the study participants to react differently on the sentence “I think I am pregnant” spoken by a female voice than spoken by a male voice. This also accounts for “I have a large tattoo on my back” spoken in an upper- or lower-class accent. It was known that processing of information with inconsistencies happens in the Left Inferior Frontal Gyrus (LIFG), and it was exactly this region that was extra activated during processing of the sentences with “world-knowledge violations” (see Tesink et al, JCN 2009).

Following, he showed data on studies about speaker meaning and intention, mirror neurons, and how our behavior is influenced by social situations. Did you know that you would evaluate the attractiveness of a face of a woman differently after you know what the “average person” thinks about it? Hagoort demonstrated that by an experiment where males had to judge the attractiveness of 222 female faces, followed by a confrontation of what is actually the social norm. 30 minutes later, the judgment shifted towards what was thought to be the “social norm”. This is caused by a brain region that is under dopamine control (Ridderinkhof et al, Science 2004).

Last, but not least, Hagoort switched to a very current topic at that moment: SOCCER! The next day, the Dutch team was about to play the half-finals against Uruguay. Mentioning soccer would surely have activated the brains of the audience that were almost sent to sleep… He touched upon a study published in 2009, where Dutch soccer-fans were asked to watch penalty’s taken during a hypothetical match between the Dutch and German national teams. The fragments were recorded with a computer game, involving players that were really playing during the 2006 World Soccer Championships. Following, the brain activity of the soccer fans was recorded by fMRI in 4 different situations: goal or miss by the Dutch team (friend), and goal or miss by the German team (foe). This study showed that a region in the Medial Frontal Cortex (MFC), the ventral Anterior Cingulate Cortex (vACC), responded highly when a missed goal was observed, regardless of whether it was made by the friend or the foe. So this brain area is insensitive to social context: an error is an error! Another brain area, however (the middle Anterior Cingulate Cortex - mACC), does respond more strongly to an error (miss) by a friend than a foe. However, these responses are not the same in any person, but related to the ability of the individual to empathize with others, and their own level of personal distress. So I guess Hagoort wanted us to observe our colleagues the next day during the match, and do a little psychology on them (Newman-Norlund et al, SCAN 2009)

So in conclusion, Hagoort aimed to show that our brain is equipped for complex social situations like a party, and that during the night you probably have experienced all the brain activity he described. Most likely, you have been confronted with sentences with either world or semantic violations (misunderstanding because of the loud music, friends making fun of you). Possibly, you were trying to confirm to the social norm by dressing and behaving normally although you might have wanted to do different. And, most likely, especially if your national team was still playing in World Cup, you would have been discussing soccer and thinking about how the important upcoming matches!

Again, it was a pity that the lecture could not take place, but as the organizers of the Jump-the-FENS wanted to demonstrate, even neuroscience is suitable for a party. Hagoort’s last message was that some brains are better equipped for complex social situations than other, so possibly the brains that were not would not have made it to the lecture… For those that were there: I hope you all slept well, enjoyed the party and still got something out of the conference the next day.

Transferrable skills

About being a writer, project coordinator and scientist

During a career as a scientist, you develop a lot of so-called 'transferable skills': not only do you learn how to do labwork, write and read papers, but also (sometimes without noticing) you learn how to lead projects, manage people, organize, teach, explain our research, and be creative and flexible. These transferable skills, and their importance, are becoming more prominent to me now I’m getting  involved in different things next to doing research.

First, I became a writer by for a popular science blog (sciencepalooza). I have always found writing in simple terms rather difficult, but after having written only a small number of blogs, I started to adapt to it. Now it takes me less and less time to get an idea, work it out and post it. Even during a busy conference, I found some time to write about interesting lectures...

Second, in participating in the Academische Jaarprijs with a team from our department, I have the task to be the coordinator of the project. I ended up being the contact person for the team-members participating and all secondary parties involved, and being responsible for keeping overview of the many different sub-projects we are doing. Because I wanted to be part of everything and keep an eye on all activities, the hours I was putting in were increasing and I was getting more and more stressed. So it was quickly learned that delegating jobs and trusting your team-members is actually the most important job of a project-coordinator.

Last but not least, I’m still a postdoc, so I have to keep my projects in the lab running (and actually working), to teach, to write grants, to visit conferences and to supervise students. To be able to do that there are two more very important skills I’m achieving more and more: multi-tasking and being efficient.

I think the experience I got as a scientist in the past 6 years, eg. to be flexible, to work together with different types of people (sometimes difficult ones) and to report about my work frequently made me able to adapt to these other functions quickly. So remember: if you doubt your skills at any point during your career, you probably have developed these skills already and it’s just a matter of refreshment!

- This blog was first posted on PCDI's community blog - 

De hersenen en drugs – nieuws vanaf het FENS-forum (3)

Door steeds geavanceerdere technieken waarbij hersenactiviteit precies gemeten kan worden, wordt steeds meer duidelijk over wat de rol is van de hersenen bij complexe problemen zoals verslaving. Niet verwonderlijk dus dat op de meeting van de Federation of European Neuroscientists (FENS) verschillende sessies aan dit onderwerp gewijd worden. Zoals op dinsdag 6 juli, onder de titel “De neurobiologische factoren van drugsverslaving en terugval” waar onder anderen Dr. Yavin Shaham van het National Institute on Drug Abuse in Baltimore (VS) en Dr. Sabine Spijker van de Neuroscience Campus van de VU in Amsterdam hun resultaten presenteerden.

In hun onderzoek proberen Dr. Shaham en Dr. Spijker uit te vinden waarom het zo moeilijk is helemaal van een drugs- of alcoholverslaving af te komen, en hoe het komt dat mensen zelfs na jarenlange onthouding van drugs nog steeds kunnen terugvallen op hun oude gedrag.

Dr. Shaham deed onderzoek met aan cocaïne verslaafde ratten die zichzelf drugs konden toedienen als ze op een hendeltje duwden. Tegelijk kregen ze hierbij een lampje te zien, dit lampje werd dus positief geassocieerd met de drugs. Na een aantal maanden/weken moesten de ratten ‘cold-turkey’ afkicken, kortom, er gebeurde helemaal niets als ze op het hendeltje drukten, geen lampje en geen cocaïne. Na verschillende onthoudingsperiodes verscheen opeens wel weer het lampje als ze op het hendeltje drukten, maar geen drugs. Vreemd genoeg bleek dat hoe langer de onthoudingsperiode was, hoe vaker de ratten op het hendeltje drukten (artikel in Nature).

Dr. Shaham vergelijkt dit met ex-drugsverslaafden die na afkicken in de kliniek geheel ‘clean’ het gewone leven weer ingaan, maar vervolgens door de continue prikkels waar ze aan blootgesteld worden een grote kans hebben op terugval. Het was echter nog niet bekend dat de kans op terugval groter wordt na een langere onthoudingsperiode. Maar uit recent onderzoek van Dr. Shaham in samenwerking met een onderzoeksgroep in Chicago onder rokers blijkt dat ook bij mensen deze zogenaamde ‘incubatie van drugshunkering’ plaatsvindt.
De onderzoeksgroep van Dr. Spijker, in samen werking met Dr. Taco de Vries, ontdekte welk hersengebied betrokken is bij deze hunkering naar verslavende stoffen. Hiervoor gebruikten ze een techniek waarbij precies te zien is welke zenuwcellen actief worden bij blootstelling aan drugs en drugs-gerelateerde stimuli. Dit gebied is de ‘prefrontale cortex’, een gebied voorin de hersenen (artikel in Nature Neuroscience). Volgens Dr. Spijker is dit gebied enorm belangrijk voor zelf-controle bij hunkering, of, zoals zij zegt, zonder prefrontale cortex zouden we continu aan sex en goed eten denken. Uit hun onderzoek blijkt dat deze zeflcontrole wordt veroorzaakt door bepaalde eiwitten in dit hersengebied die de zenuwcellen (neuronen) omgeven en ze lijken te beschermen tegen drugs-gerelateerde stimuli. Na een langdurige verslavingsperiode is deze bescherming opgeheven, of in ieder geval sterk verminderd, waardoor de zenuwcellen sneller geactiveerd worden. Dit kan verklaren waarom je dus inderdaad nooit meer van een verslaving afkomt.

Het is opvallend dat deze processen niet afhankelijk zijn van het type drug. In proefdierstudies worden vergelijkbare resultaten verkregen met dieren die verslaafd waren geraakt aan cocaine, heroine, alcohol en zelfs suiker! Aan de hand van de resultaten van dit onderzoek zouden dus betere/ andere behandelingsmethoden voor (ex)-drugsverslaafden kunnen voortkomen, en kan misschien meer inzicht verkregen worden in allerlei verslavingen en stoornissen, waaronder ook eetstoornissen en obesitas.

Dit artikel is oorspronkelijk verschenen op wetenschapsblog Sciencepalooza

Nieuws vanaf het FENS-forum(2)

De bezoekers van het FENS-forum voor Europese Neurowetenschappen dat momenteel wordt gehouden in Amsterdam worden overladen met alles wat met hersenen te maken heeft. Maar wat doet een 1-cellig organisme als gist op dit hersen-congres…? Prof. Seth Grant van het Wellcome Trust Sanger Institute in Cambridge (UK) beweert dat er overeenkomsten zijn tussen ons brein en gistcellen. Daar moest ik maar eens naar gaan luisteren dan!

Onze miljarden hersencellen (zenuwen) staan allemaal met elkaar in verbinding om signalen te kunnen doorgeven, die onder andere belangrijk zijn om dingen te kunnen onthouden en te leren. De verbindingen tussen onze zenuwcellen, ‘synapsen’ geheten, zijn misschien wel de meest complexe structuren in ons lichaam. Toch zijn er maar zo’n 1500 eiwitten die zich in deze synapsen bevinden. Het lijkt logisch dat alleen organismen met hersenen deze eiwitten hebben, maar uit onderzoek is gebleken dat dat niet zo lijkt te zijn.

Seth Grant en zijn medewerkers onderzochten welke eiwitten precies in de synaps voorkomen. Vervolgens bekeken zij of andere organismen zoals muizen, fruitvliegjes en het eencellige organisme gist ook deze eiwitten hadden. Ze vonden dat zelfs 25% van deze eiwitten ook voorkomen in gistcellen die helemaal geen hersenen hebben. Wat moeten eencelligen dan met deze stoffen?

In gist bleken deze eiwitten functies te hebben die betrokken zijn bij het meest simpele ‘gedrag’ wat we kennen; de mogelijkheid van een organisme om zich aan te passen aan de omgeving. Ook gistcellen vertonen gedrag: zij verplaatsen zich van gebieden met weinig voedsel naar plaasten waar wel voedsel is en hebben een soort ‘geheugen’ voor deze plaatsen. De functie van deze eiwitten in zoogdieren is vergelijkbaar: ze zijn betrokken bij zogenaamd adaptief gedrag, dus het aanpassen aan de omgeving, en bij leergedrag.

Gedurende de evolutie zijn de eiwitten zelf niet echt veranderd, maar zijn het er meer geworden. Hoe meer ontwikkeld het organisme, hoe meer van deze ‘synaps-eiwitten’ het heeft en hoe complexer de synaps is. Dit leidde tot de ontwikkeling van complex gedrag zoals we dat in zoogdieren kennen. Professor Grant gebruikte zelf het voorbeeld van de swiss-army-knife, wat zijn verhaal prima illustreert: het eerste exemplaar is de gistcel, de middelste een fruitvlieg en wij mensen kunnen nog veel meer!

Dit artikel is oorspronkelijk verschenen op wetenschapsblog Sciencepalooza

Nieuws vanaf het FENS-forum (1)

Hot science news! Vers vanaf de tweejaarlijkse meeting van de Federation of European NeuroScience (FENS) die momenteel gehouden wordt in Amsterdam. Volg het via twitter: FENS2010.


Een kort berichtje over de eerste dag:

In maart schreef Monika al over lichtgevende tumoren als hulpje voor chirurgen. Kort samengevat is dit een truukje om kankercellen te kleuren met een fluorescent eiwit waardoor ze goed zichtbaar zijn in hun omgeving van gezonde cellen (in PNAS). Deze techniek is onder andere opgezet door Roger Tsien van de Universiteit van San Diego, die in 2008 een van de Nobelprijswinnaars was voor de ontdekking van het fluorescente molecuul  GFP.


Roger Tsien had de eer het congres te openen met de eerste special lecture. Helaas viel ik pas bij de laatste minuten binnen, waarbij ik toch nog net getuige kon zijn van filmpjes van operaties van de eerder genoemde fluoresencente tumoren in muizen. Tsien liet ziet hoe chirurgen door het snel aan-en-uitzetten van gewoon licht en fluorescent licht precies konden identificeren waar een tumor zich bevond. Zo kon het gezwel heel precies verwijderd worden zonder andere weefsels aan te tasten. Door een andere kleur toe te passen voor de zenuwen was nog beter te zien hoe voorzichtig men hiermee moest zijn.
Fluorescente eiwitten in mooie plaatjes en filmpjes doen het altijd goed voor lezingen, maar het is mooi om “live” te zien hoe fundamentale wetenschap hopelijk kan leiden tot betere behandeling voor kankerpatienten. Een mooie opening van een inspirerend congres!

Dit bericht is oorspronkelijk verschenen op wetenschapsblog Sciencepalooza

De biologische onmogelijkheid van internet-daten

De moderne single lijkt het makkelijk te hebben door datingsites met aanbod van ieder gewenst geslacht, uit elke regio in Nederland, gerangschikt op opleidings-niveau, toegespitst op bepaalde hobby's… Waar je ook naar op zoek bent, als je verschillende sites bekijkt zijn er genoeg mensen die aan je checklist voldoen.Maar waar kiezen we onze partner eigenlijk op uit?

Partnerkeuze
Eigenlijk zijn mensen gewoon dieren en selecteren we partners op veel minder rationele basis dan we zelf geloven. We gaan onbewust af op onzichtbare kenmerken die zeker niet op dating-sites te vinden zien. Dit geldt vooral voor vrouwen – zij brengen een veel groter offer dan mannen als het gaat om het krijgen (en grootbrengen) van nakomelingen en moeten dus veel selectiever zijn bij de keuze voor de juiste partner. Naast bepaalde uiterlijk kenmerken die wetenschappelijk uitgebreid onderzocht zijn, spelen er nog andere onzichtbare (genetische) factoren een rol (zie voor een overzicht van de biologie van sex het thema van Kennislink, ook hier en hier).

Feromonen
Belangrijk is dat de andere persoon de juiste feromonen heeft – een soort onruikbare geur die de “klik” tussen twee mensen kan veroorzaken. De oorsprong hiervan is onderzocht in een beroemd geworden “sweaty-t-shirt study” waarbij vrouwen moesten ruiken aan T-shirts die gedragen waren door verschillende mannen . Het verschil in deze geur tussen personen wordt voornamelijk veroorzaakt door verschillen in genen die coderen voor onderdelen van het MHC-complex, eiwitten die betrokken zijn bij het immuunsysteem. Vrouwen bleken meer aangetrokken te zijn tot personen met andere MHC-genen. De biologische achtergrond hiervan is dat wanneer twee mensen met een genetisch verschillend immuunsysteem nakomelingen krijgen, deze een betere afweer hebben tegen virussen en andere ziekteverwekkers en daardoor een hogere overlevingskans hebben.

Cyclus
Daarnaast zijn keuzes voor de juiste partner ook nog afhankelijk van het moment in de cyclus van de vrouw. Het blijkt uit onderzoek dat vrouwen in hun vruchtbare periode de voorkeur geven aan mannen met de “goede genen” die ervoor zorgen dat hun nakomelingen ook succesvol zullen zijn op de partner-markt. Echter, in de niet-vruchtbare periode zijn vrouwen eerder op zoek naar de zorgzame man die voor de nakomelingen kan zorgen (zie hier) Een mooie man om zwanger van te worden en een watje die ervoor zorgt eigenlijk. Maar bij vrouwen die aan de pil zijn is dit weer helemaal anders… Geen enkele datingsite waar je als vrouw je cyclus kunt aangeven…

Gen-dating?
Er zijn een aantal dating-sites die zeggen te matchen op genetische achtergrond, zoals www.scientificmatch.com en www.genepartner.com. Deze websites vragen bij inschrijving een wangslijmvliesmonster, isoleren hier DNA uit en zeggen je daarmee op basis van je MHC-genotype te matchen aan de juiste persoon. Toch vraag ik me af hoe effectief deze sites zijn – er is nog geen wetenschappelijk bewijs dat feromonen zich kunnen verplaatsen via ADSL…

Toch maar achter de computer vandaan en in real-life mensen ontmoeten (en de feromonen waarnemen) lijkt nog steeds de beste oplossing om de juiste persoon tegen het lijf te lopen – lang leve de kroegtijger! Maar voor de muurbloempjes onder ons kan internet-daten je kans op het ontmoeten van veel mensen vergroten, waarbij ook de kans dat je de juiste persoon treft groter wordt. Speed-daten lijkt de beste tussenoplossing – die korte ontmoetingen zouden genoeg moeten zijn voor het waarnemen van feromonen…

Dit bericht verscheen oorspronkelijk op wetenschapsblog Sciencepalooza