Festival-wetenschap

Het weer mag dan goed tegenzitten, volgens de kalender is het zomer en dat betekent festival- en evenemententijd. Van Oerol tot dorpsbraderie, overal worden grote en minder grote festivals georganiseerd, vaak rond een thema van muziek of theater. Maar er lijkt een bijzondere trend gaande: de laatste jaren zijn er op festivals ook steeds vaker wetenschappers te vinden. Wat doen stoffige nerds nou tussen de bierdrinkende feestgangers?

In sommige gevallen gebruiken onderzoekers de grote mensenmassa’s als onderzoeksobject. Bijvoorbeeld bij de Nijmeegse Vierdaagse, waarbij het onderzoek naar buikomvang van de wandelaars de landelijke media haalde. Ook worden festivals vaak als proeftuin gebruikt voor nieuwe producten en technieken. Zo barst het Groningse Noorderzon-festival van de duurzaamheidsprojecten zoals gerecycled papier en waterbesparing. Op Pinkpop, de Vierdaagsefeesten en kleinere festivals werd urine van de bezoekers uit de plaskruizen verzameld om er stikstof uit te kunnen winnen voor de productie van kunstmest.

Maar de echt nieuwe trend van de afgelopen jaren is wetenschap als primaire publiekstrekker. Er zijn festivals met wetenschap als hoofdonderwerp, zoals de Nacht van Kunst en Wetenschap en het Discovery Festival. Daarnaast zijn er theater- en muziekfestivals waar wetenschapspaviljoens verschijnen, zoals Qu3 op theaterfestival Noorderzon en Llowlab op Lowlands. De boodschap? Wetenschap is leuk! Iets waar je daadwerkelijk van kunt genieten tijdens een avondje uit!

Waarom deze popularisering? Is het echt nodig dat de wetenschapper naar de festivalbezoeker komt? Wil de Lowlandsbezoeker lastig gevallen worden met informatie over een duurzaam huis? Zit de theaterliefhebber op Noorderzon te wachten op informatie over chromosomen? Onderzoekers en organisatoren doen hun best om het vooral “leuk” te maken; en dus worden controverses en onderbroekenlol (letterlijk) niet geschuwd. Op Lowlands kun je je vuile onderbroek inruilen voor een schone van duurzaam katoen. Verder werd op het Discovery-festival in 2009 onderzocht hoe de alcohol uit enkele biertjes zorgt voor pijnbestrijding (dit onderzoek is trouwens echt gepubliceerd, dus zo onserieus was het dus blijkbaar niet). Op de Groningse Nacht van Kunst en Wetenschap kon je speeddaten met wetenschappers en je eigen DNA laten isoleren. Met andere woorden: het moet allemaal niet té serieus worden.

Het festival lijkt dus een prima platform voor wetenschapscommunicatie met een knipoog. De bezoekers zijn in een goede stemming (al of niet veroorzaakt door wat alcoholische versnaperingen), komen uit nieuwsgierigheid een kijkje nemen en zo kunnen makkelijk veel mensen bereikt worden. Maar werkt het wel? Leiden deze activiteiten inderdaad tot meer studenten voor de beta-opleidingen en meer draagvlak voor onderzoek? Moeten we wetenschap wel behandelen als een goede film, waar je van kunt genieten met een biertje en een bakje borrelnootjes erbij?

Populair is het in ieder geval wel: De laatste edities van het Discovery-festival en de Nacht van Kunst en Wetenschap waren uitverkocht; je eigen DNA laten isoleren is nog steeds een grote hit; voor het wetenschapspaviljoen op Noorderzon stonden vorig en dit jaar dagelijks lange rijen. En het publiek is over het algemeen laaiend enthousiast. Of er ook echt meer studenten geworven worden, dat is lastig te meten omdat er veel factoren zijn die studiekeuze beïnvloeden. Maar onbekend maakt onbemind, en als door zulke activiteiten jaarlijks enkele duizenden mensen de leuke kant van de wetenschap zien, is er hopelijk een percentage dat daar ook werkelijk wat mee doet.

Sommigen onder u zullen vinden dat het niet té populair moet worden. Als wetenschap alleen leuk en spannend mag zijn, kom je namelijk al gauw op demonstraties van en informatie over toegepast onderzoek. Fundamenteel onderzoek laat zich namelijk een stuk moeilijker vertalen naar een groot publiek. Een robot is leuker om te laten zien dan de fundamentele wiskunde die erachter zit. Dat klopt. Maar is dat erg? Het is en blijft een festival. Daar presenteer je iets dat vermaakt. De muzikant gaat immers ook geen saaie oefeningen ten gehore brengen, maar voert het eindproduct van die uren studeren uit.

Ook bij wetenschap geldt dat lang en hard werken nodig is om een toepasbaar resultaat te behalen. Dat begint bij saai labwerk, en eindigt bij een robot op Mars. Deze processen duren decennia en alleen het eindproduct is zichtbaar. Maar bezoekers snappen heus wel dat ieder beroep zijn leuke en minder leuke kanten kent. Als wetenschap zichzelf een beetje wil verkopen, kun je dus beter een fluorescerende vis laten zien dan een dik tekstboek over het kloneren van genen.

Dit artikel verscheen op wetenschapsblog Sciencepalooza en op de website van Volkskrant Opinie

Échte nieuwe tanden

Goed nieuws voor iedereen die vreest voor een kunstgebit: nieuw onderzoek maakt het mogelijk om in de toekomst misschien volledige tanden te transplanteren. En dan gaat het niet over tanden van iemand anders zoals bij de meeste orgaantransplantaties... nee, over volledig in het laboratorium gegroeide tanden.

Het transplanteren van organen is al sinds de jaren ‘50 praktijk in de geneeskunde. Het probleem van afstotingsverschijnselen en de schaarsheid van donor-organen heeft ertoe geleid dat wetenschappers op zoek gingen naar mogelijkheden om hele organen in het laboratorium te kweken. Gespecialiseerde celtypes zoals hartcellen, zenuwcellen en huidcellen kunnen inderdaad gekweekt worden in het laboratorium. Hiervoor worden embryonale stamcellen gebruikt: cellen die zich nog tot allerlei celtypes en weefsels kunnen ontwikkelen. Deze stamcellen kunnen in het lab, met toevoeging van de juiste stoffen, zo gemanipuleerd worden dat ze zich precies tot het celtype ontwikkelen dat je wilt hebben. Ook relatief simpele weefsels zoals stukjes huid kunnen op deze manier gekweekt worden. Maar een volledig drie-dimensioneel orgaan waarin meerdere celtypes met elkaar samenwerken bleek een stuk moeilijker om te maken.

Bepaalde uitwendige organen, zoals tanden, laten zich echter makkelijker in het lab kweken dan bijvoorbeeld een hart. Tanden ontstaan tijdens de embryonale ontwikkeling uit een mix van stamcellen. Er vormen “tandknoppen” in de kaak die zich differentiëren in alle celtypes die een tand nodig heeft: glazuur, tandbeen, tandmerg, bloedvaten en zenuwen. Al 5 jaar geleden hadden wetenschappers uit Tokio het voor elkaar gekregen om uit embryonale stamcellen van muizen in het laboratorium tandknopjes te laten groeien. Dit gebeurde door de juiste stamcellen te behandelen met stoffen die normaal in het lichaam ook tandvorming beïnvloeden. Deze tandknoppen werden in de kaak van de muis geplaatst, waar ze, onder invloed van alle voedingsstoffen uit het lichaam van de muis, uitgroeiden tot normale functionele tanden.

Destijds was dit al een grote doorbraak, maar de groei van de tand duurde bij de muis al 60 dagen, en bij mensen zou dit nóg langer duren. Voor het behandelen van tandproblemen bij mensen zou deze methode dus niet werken. Daarom zetten de onderzoekers hun tanden in de volgende stap: het kweken van een volledige tand in het laboratorium. Onlangs is dit gelukt (zie hier). Hiervoor is de tandknop, in een speciaal ontworpen apparaatje gekweekt om de afmetingen van de tand te beïnvloeden: hij moet namelijk wel in de kaak van de muis passen. Dit apparaatje blijkt te werken, er worden in het laboratorium tanden gevormd die de normale vorm en afmeting hebben. Vervolgens hebben de onderzoekers deze tanden in de kaak van een muis getransplanteerd waarbij zojuist een tand is getrokken. Deze geheel buiten een lichaam van een muis gekweekte tand is geïntegreerd in het botweefsel in de kaak en heeft zich ontwikkeld tot een volledig functionele tand, met bloedvaten, zenuwen, bot en wortel. Zes weken na de operatie blijkt de volledige tand nog steeds goed te werken.

Eenzelfde methode zou ooit voor mensen ook ontwikkeld kunnen worden, als een goed en meer natuurlijk alternatief voor kunstgebitten en implantaten. Maar hiervoor moeten eerst nog een hoop hordes genomen worden. Het kweken van humane embryonale stamcellen ligt nog behoorlijk gevoelig, aangezien hier humane foetussen voor gebruikt moeten worden. Maar, hopen de onderzoekers, over een jaar of 10 zijn er mogelijkheden voor een tandtransplantatie. Tot die tijd: gewoon goed poetsen!

Dit artikel verscheen in de Groene Amsterdammer en op wetenschapsblog Sciencepalooza

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