De geboren onderzoeker

Vandaag was de 7-jarige dochter van mijn baas in het lab. Niet omdat ze geen oppas had kunnen vinden tijdens de lange basisschoolvakanties, nee, omdat het meisje en haar vriendinnetje dat wilden. Ze hadden legio mogelijkheden aangeboden gekregen op deze vakantiedag: naar de film, spelletjes spelen, naar het park... maar ze wilden per sé het lab bezoeken. Het protocol “DNA isoleren uit een banaan”, laatst ook op een wetenschapsfestival uitgedeeld, bracht uitkomst. Een paar uur later kwamen twee hele blije gezichtjes het lab uit met een banananschil en een buis gevuld met bananen-DNA-snotjes. Wilde de meisjes dit doen omdat mamma wetenschapper is? Of schuilt er een onderzoeker in ons allemaal?

Volgens een recente studie gepubliceerd in het tijdschrift Cognition is dit laatste het geval. Zonder dat we het doorhebben zijn we in ons dagelijks leven continue bezig met wetenschappelijke experimentjes. Neem bijvoorbeeld een gesloten deur met een slot waar een sleutel op meerdere manieren inpast. Een volwassene die twee sleutels krijgt aangereikt, zal snappen dat je eerst één sleutel op verschillende manieren moet proberen en dan de volgende, om alle mogelijkheden structureel langs te gaan. Onbewust doen we hiermee een experiment: we testen individuele variabelen en sluiten mogelijkheden uit. En uiteindelijk zal de deur opengaan.

Een aantal Amerikaanse onderzoekers wilden weten of zulke wetenschappelijke “basiskennis” aangeleerd is of ook al bij kleine kinderen bestaat. Ze testten dit met kinderen van 4-5 jaar oud, met behulp van een speciaal voor dit experiment ontworpen speeltje. Dat was een doosje waar geluid en lichtjes uitkomen als een kraal op het doosje werd gelegd, erg aantrekkelijk voor een 4-jarige. Het speelgoed werd door de onderzoekers aan de kinderen gedemonstreerd, waarbij in de helft van de gevallen alle kralen werkten om het doosje te activeren, en in de andere helft maar twee van de vier. In een ander experiment werden de kralen in setjes van twee aan de kinderen gegeven: één paar waarbij de kralen losgetrokken konden worden, en een paar waarbij de kralen echt vastzaten. Ook deze kralenparen konden het doosje activeren, als ze horizontaal neergelegd werden. Na de demonstraties mochten de kinderen vrij spelen.

Net als het voorbeeld met de sleutels testten de kinderen de verschillende mogelijkheden, maar dit gebeurde voornamelijk bij de kinderen waaraan uitgelegd was dat maar een deel van de kralen werkte. Degene die hadden gezien dat álle kralen werkten vonden dat blijkbaar niet zo nodig. Maar de kinderen deden ook iets wat de onderzoekers niet verwachtten: ze duwden de kralen die aan elkaar vastzaten verticaal op het doosje, om te kijken of dit het ook zou activeren (zie plaatje). Dit was niet door de onderzoekers gedemonstreerd en kwam dus geheel vanuit de kinderen zelf.

De onderzoekers zien dit gedrag als een “fundamentele voorganger” van wetenschappelijk onderzoek. Bij een experiment in het laboratorium doen onderzoekers inderdaad precies hetzelfde: ze testen verschillende mogelijkheden (maar niet als bekend is dat alle mogelijkheden werken) en door niet-beschreven technieken te gebruiken kom je tot nieuwe inzichten. De onderzoekers hopen dat hun studie zal aanslaan bij onderwijs-makers, zodat kinderen al jong geleerd kan worden om onderzoek te doen. Hopelijk kunnen we zo in de toekomst nóg betere wetenschap bedrijven. 

Lees meer over dit artikel op de website van Nature News

Eindelijk zo oud als Methusalem - retracted

Nu mensen door de verbeterde gezondheidszorg steeds ouder worden kent iedereen wel voorbeelden van (bijna) honderdjarigen. Het is ook zeker niet onopgemerkt gebleven dat hoge leeftijden vaak binnen één familie voorkomen; ouderdom is dus erfelijk. Maar welke erfelijke factoren ervoor zorgen dat mensen in de ene familie veel ouder worden dan in een andere familie is nog steeds niet precies bekend. Onderzoekers wereldwijd zijn al decennialang op zoek naar die erfelijke factoren, de genen, die ouderdom bepalen. Dit blijkt echter niet zo makkelijk, de bron van de eeuwige jeugd is nog niet gevonden.


Door ontwikkelingen binnen de genetica is het mogelijk om bij grote groepen mensen met een bepaald kenmerk te zoeken naar erfelijke factoren die dat kenmerk bepalen. Hiervoor worden zogenaamde Genoom-Wijde Associatie Studies (GWAS)-gebruikt. Onderzoekers uit Boston voerden zo’n GWAS-studie uit waarbij ze het erfelijk materiaal, het DNA, van een groep honderdjarigen (centenarians) vergeleken met gewone mensen. Ze vonden hierbij kleine 1-letter-grote DNA-veranderingen in 150 verschillende genen. Iemands persoonlijke variatie in die genen zou kunnen voorspellen of iemand de magische leeftijd gaat bereiken. Dit artikel werd met veel tromgeroffel gepubliceerd in het toonaangevende tijdschrift Science, maar onmiddellijk stroomden de kritiek binnen dat de studie niet goed zou zijn uitgevoerd. Hierover schreef ik in september vorig jaar voor Volkskrant Opinie en Sciencepalooza.

De onderzoekers bleken zelf niet op de hoogte geweest te zijn van hun fouten (het was dus geen opzet) en waren erg geschrokken van al het commentaar. In een interview met Science lieten ze weten een deel van de studie te willen herhalen om de resultaten te kunnen controleren. Ze hoopten dat ze hierna het artikel opnieuw zouden publiceren met de aangepaste gegevens en verwachtten dat de resultaten niet veel zouden verschillen van de oorspronkelijke studie.

Maar helaas, vandaag verscheen in Science een ingezonden brief van de auteurs van het artikel waarin ze vertelden het originele artikel terug te trekken (een “retraction”), zie ook een commentaar in Nature.  De onderzoekers hebben inderdaad een deel van de analyses opnieuw gedaan, maar de gebruikte technieken en de resultaten verschillen zo veel met de originele gegevens dat er een nieuw artikel moet worden geschreven. Daarom trekken ze het artikel van vorig jaar terug en gaan nu proberen de resultaten op een andere manier te publiceren. De conclusie dat er verschillende genetische factoren betrokken zijn bij ouderdom blijft bestaan, maar de vraag welke genen we exact nodig hebben om oud te worden is dus nog onbeantwoord - Methusalem blijft een raadsel.

Dit artikel verscheen ook op wetenschapsblog Sciencepalooza

Wormen helpen ons Mars te bereiken

Ceanorhabditis elegans (C. elegans) is het troeteldiertje van de moleculaire biologie (en onze ex-minister van onderwijs Ronald Plasterk); deze 1mm-grote rondworm heeft in het verleden al twee Nobelprijzen in de wacht gesleept (in 2002 en 2006) en was het eerste multi-cellulaire organisme waarvan de totale DNA-volgorde bekend werd (in 1998). Nu hebben onderzoekers uit Nottingham deze wormpjes de ruimte in gestuurd.

Dit deden ze niet zomaar voor de lol, de achterliggende gedachte van het onderzoek was om gezondheidsproblemen bij ruimtereizigers beter te begrijpen en mogelijk te genezen. Astronauten krijgen al na een aantal dagen in de ruimte last van spierafbraak. Hiernaast krijgen ze te maken met botafbraak en verlaagde immuunreacties. Geneesmiddelen zijn moeilijk mee te nemen de ruimte in, vanwege de hoge hoeveelheid straling bederven ze erg snel.

Maar er is een techniek die misschien uitkomst kan bieden. Dit is RNA-interferentie (RNAi), een proces ontdekt in C. elegans (die Nobelprijs in 2006). Met RNAi kan de activiteit van één bepaald gen verminderd worden, en naast een fijne methode voor moleculair biologisch onderzoek is deze techniek ook veelbelovend voor de behandeling van allerhande ziektes. Er wordt bijvoorbeeld onderzoek gedaan naar het gebruik van RNAi voor de behandeling van tumoren, HIV-infecties en maculadegeneratie. 

Voor het behandelen of voorkomen van ruimteziektes zou RNAi misschien uitkomst kunnen bieden, maar niemand heeft ooit uitgezocht of RNAi ook werkt in de ruimte. Tja, waarom zóu je ook? De onderzoekers uit Nottingham wilden dit nu uittesten, en ze gebruiken daarvoor dus C. elegans. Dezelfde onderzoekers hadden al in 2005 C. elegans de ruimte in gestuurd en wisten dus dat de wormpjes het zouden overleven. Standaard RNAi-experimenten in C. elegans zijn vrij makkelijk uit te voeren in het laboratorium, dus was het niet al te ingewikkeld om dit uit te proberen in de ruimte.

De onderzoekers deden eerst een heel simpel proefje: ze namen wormen die een gen voor het fluorescente eiwit GFP bevatten (Green Fluorescent Protein). Door dit extra gen maken de wormen groene eicellen, makkelijk te zien onder een microscoop. Door met RNAi de expressie van dit gen een aantal dagen uit te schakelen zijn de eicellen niet meer groen. Dit proefje deden ze ook met wormen in de ruimte, die na de RNAi-behandeling van een aantal dagen door de astronauten werden ingevroren. Teruggekeerd op aarde bekeken de onderzoekers de wormen onder de microscoop en ze zagen dat er precies hetzelfde gebeurde als in het laboratorium op aarde: de groene eicellen waren niet meer groen. Het proces van RNAi werkt dus ook in de ruimte.

Uit eerder onderzoek wisten de onderzoekers dat ook bij in C. elegans spierafbraak in de ruimte optreedt, en welke factoren hierbij betrokken zijn. In deze studie laten ze nu ook zien dat bepaalde factoren te remmen zijn met RNAi, waardoor de afbraak van spiereiwitten minder wordt, zowel op aarde als in de ruimte. Dus, voor toekomstige langdurige bemande ruimtereizen naar bijvoorbeeld Mars zou deze techniek uitkomst kunnen bieden om zulke gezondheidsproblemen bij astronauten te voorkomen.

Het mooie van dit artikel vind ik de simpelheid van de experimenten: de proefjes met de wormen kunnen in ieder laboratorium waar met C. elegans gewerkt wordt makkelijk uitgevoerd worden. Maar in de ruimte is natuurlijk een ander verhaal, en niet iedereen heeft zomaar toegang tot de ISS. 

Dit artikel verscheen eerder op wetenschapsblog Sciencepalooza

De pasta-formule

De man met de hamer - wie kent hem niet? Veel marathonlopers (en vast ook veel triatleten) zullen deze figuur ooit tegenkomen tijdens een wedstrijd. De biologie achter dit verschijnsel is dat na langdurige inspanning de koolhydraat-reserves in het lichaam op zijn, en het lichaam dan over moet gaan op het verbranden van vet. Om dit te voorkomen doen veel duursporters aan “carbohydrate-loading” in de aanloop naar een wedstrijd. Deze veel beschreven methode houdt in dat men de dagen voor de wedstrijd extra veel koolhydraten eet, om de koolhydraatreserves te vergroten. Voor duursporters betekent dit: pasta, pasta en nog een pasta, tot de spaghetti letterlijk je neus uit komt. Maar hoeveel moet je eigenlijk eten voor het gewenste effect? Dit kun je nu online uitrekenen.

Benjamin Rapoport, van het MIT in Boston, was het opgevallen dat maar liefst 40% van de marathonlopers aangaf “de man met de hamer” tegen te komen gedurende de wedstrijd. Er is heel veel wetenschappelijk onderzoek gedaan naar energiebehoeften voor sporters en het voordeel van carbo-loading. De onderzoeker heeft nu al deze gepubliceerde gegevens gecombineerd tot een manier waarmee je kunt bepalen hoeveel energie een sporter tot zien moet nemen om een wedstrijd zonder problemen te kunnen beëindigen. Dit is gepubliceerd in PLos Computational Biology in oktober 2010.

Het artikel staat vol met formules, maar omdat er een hoop rekenvoorbeelden gegeven worden is het best leesbaar. De onderzoeker begint met een aantal bekende parameters; hij legt uit dat voor een marathon ongeveer 2950 calorieën nodig zijn, en hij rekent voor dat de hoeveelheid vet in het lichaam, zelfs bij een super-afgetrainde atleet met slechts 2% lichaamsvet, genoeg energie kan leveren voor maar liefst 180km hardlopen! Maar helaas, voor de verbranding hebben spieren glycogeen en koolhydraten nodig. De lever slaat een beetje glycogeen op, bij een volwassen man zo’n 350-600 kcal, maar de spieren bevatten de echte glycogeen-voorraden in een lichaam. Bij een atletische man met zo’n 45% spiermassa zijn dit zo’n 1250 kcal in normale staat, en door de genoemde carbo-loading kan dit opgevoerd worden naar 2270 kcal.

De onderzoeker gebruikt de maximale aërobe capaciteit van een hardloper (wat onder andere afhangt van de fitheid/getraindheid), lichaamsgewicht en hardloopsnelheid om een grafiek te maken waarin je kunt aflezen hoeveel glycogeen een sporter nodig heeft om een marathon zonder problemen uit te kunnen lopen. Ook rekent hij voor op welk moment een hardloper de man met de hamer wél tegen gaat komen. Helaas zijn de grafieken in het artikel, met 8 kleuren, 6 variabelen en 3 verschillende X- en Y-assen in één plaatje nogal onoverzichtelijk.

Gelukkig zijn alle berekeningen en moeilijke grafieken verpakt in de online calculator. Hoewel ik mijn eigen VO2-max niet weet, kan deze toch het een en ander uitrekenen. Zo krijg ik te lezen dat ik voor mijn doel-marathontijd (3:45, daar trainde ik ooit voor) niet genoeg reserves in mijn lichaam heb, en dat ik mijn spieren met maar liefst 1275 calorieën zou moeten volladen om dit voor elkaar te krijgen. Ook rekent de calculator uit hoe ik op normale glycogeenniveaus (dus zonder loading) een marathon kan lopen in 4:03, en als ik maar liefst 2043 calorieën in mijn spieren weet te pompen in de supersnelle tijd van 2:47 (nee, dat ga ik níet proberen).

Zo hebben de sporter en zijn coach er ook wat aan - je vult je leeftijd, gewicht, rusthartslag  en VO2-max in en de calculator doet de rest. Een wiskundig model helpt je naar de perfecte marathon!

Lees meer over dit artikel op New Scientist.

Dit artikel verscheen oorspronkelijk in de Tribune, het clubblad van Triahtlonvereniging GVAV Groningen