Bij professor Bert Weckhuysen draait alles omkatalysatoren. Om meer te weten te komen over de werking van dezeprocesversnellers diende de scheikundige een aanvraag in bijonderzoeksorganisatie NWO. En hoewel de presentatie van zijnverzoek niet vlekkeloos verliep, sleepte hij toch een aardige somgeld in de wacht. Genoeg om eens lekker fundamenteel aan de slag tegaan.
Bert Weckhuysen was blij verrast dat NWO zijn onderzoeksaanvraagheeft beloond. De verdediging van zijn voorstel, die plaatsvond inde Utrechtse Jaarbeurs, was namelijk niet helemaal vlekkeloosverlopen. De computer die hij had meegenomen, bleek niet aan tesluiten te zijn op de aanwezige beamer. Uit voorzorg had Weckhuysenzijn presentatie op een cd-rom bij zich. Maar helaas: "de man vanNWO kreeg zijn eigen pc niet aan de praat". Weckhuysen moest zijntoevlucht nemen tot ouderwetse transparanten. Alsof hij met eenachterstand begon, zo ervoer hij dat.
Maar het pakte goed uit. "Aan de speech had ik veel gesleuteld,ik had die dag zelf nog twee transparanten eruit gehaald om hetverhaal korter en bondiger te maken." Dat wierp zijn vruchten af.Het juryrapport spreekt lovend over de 'overtuigingskracht' vanWeckhuysen en heeft mooie woorden over voor de 'aansprekenderesultaten' van de chemicus. Zijn onderzoek betekent een 'grotestap voorwaarts' in het maken van katalysatoren.
Katalysatoren staan centraal in Weckhuysens onderzoek. Het zijnstoffen die chemische reacties sneller, schoner en efficienter doenverlopen. Denk maar aan de katalysator in de uitlaat van een autodie de schadelijke verbrandingsgassen omzet in neutralereverbindingen. Zo'n 85 procent van alle processen in de chemischeindustrie is mogelijk dankzij katalysatoren. Volgens sommigeschattingen danken wij in Nederland een kwart van ons brutonationaal product, datgene wat we met z'n allen verdienen, aankatalyse. Het belang ervan is dus niet makkelijk teoverschatten.
Wat wil Weckhuysen precies gaan doen? "Ik wil werkendekatalysatoren bestuderen. Het huidige onderzoek richt zicheigenlijk op gefossiliseerde katalysatoren. Je stopt dekatalytische reactie en je kijkt wat er aan de hand is. Je kijktnaar iets wat dood is, een fossiel, als het ware. Ik wil dekatalysator in actie bekijken."
Daarom wil de van oorsprong Belgische chemicus met het geld eenin de wereld unieke opstelling bouwen. In die opstelling moetendrie vormen van licht - laserlicht, gewoon licht en harderoentgenstraling (synchrotronstraling) - de werking van dekatalysator in beeld brengen. Een reactie kan ongestoordplaatsvinden terwijl de drie 'lichtbundels' de reactie'beschijnen'. De weerkaatsing van het licht vertelt de onderzoekershoe de reactie in zijn werk gaat.
Inzicht in het werkingsmechanisme is nodig om de katalysatorenverder te verbeteren. Zo danken veel katalysatoren hun werking aanmetaalionen met een bepaalde elektrische lading. Deze ionen kunnenechter meerdere ladingen hebben. Weckhuysen: "Het zijn een soortkameleon-elementen, ze kunnen heel snel van lading wisselen. Als jeweet welke de job doet, kun je de katalysator aanpassen door vandat element meer te maken."
Het katalyse-onderzoek heeft een sterke 'duurzaamheids-inslag'.Een toepassing van de katalysatoren is het opwaarderen vaningredienten uit ruwe aardolie en aardgas, zoals alkanen enmethaan. Dankzij de opwaardering kunnen de stoffen (olefines)bijvoorbeeld omgezet worden in polymeren en verwerkt worden totnieuwe plastics. Een duurzamere toepassing dan simpelwegverbranden. Verder vindt het onderzoek toepassingen in de afbraakvan giftige, milieubelastende chloorwaterstof-verbindingen. Viakatalysatoren zijn deze stoffen af te breken tot zoutzuur enkoolstofdioxide.
De toepassingen vinden gretig aftrek bij bedrijven . "Wij doenheel fundamenteel onderzoek", legt Weckhuysen uit. "Maar deindustrie wil het erg graag financieren. Grote bedrijven zoalsShell doen zelf steeds minder fundamenteel onderzoek, ze bestedendat graag uit aan universiteiten."
Vorig jaar maart reikte natuurkundige Henk Stoof nogeen eredoctoraat uit aan de Amerikaan Randy Hulet voor diensonderzoek naar het exotische quantummechanica-fenomeen van hetBose-Einsteincondensaat. Nu ontvangt Stoof van NWO een zak met geldom zelf onderzoek te doen aan het verschijnsel. Stoof: "Er zijnnieuwe ontwikkelingen geweest op het gebied van de koude gassen,die het mogelijk maken inzicht te krijgen in een nieuw regime vanfysica. We kunnen toestanden van materie maken die nog nooitwaargenomen zijn."
Een Bose-Einsteincondensaat bestaat uit een gaswolkje van enkeletienduizenden dezelfde atomen met een temperatuur dichtbij hetabsolute nulpunt van -273 graden Celsius. Het bijzondere aan zo'ncondensaat is dat alle atomen zich hetzelfde gedragen, het wolkjegedraagt zich als een superatoom. Veel van de eigenschappen vanzo'n condensaat zijn nog volkomen onbegrepen.
Stoof: "In de eerste fase waren wetenschappers al blij als zeeen condensaat konden maken, inmiddels is dat min of meerstandaard. Nu begint het manipuleren ervan. Met een draai aan eenknop kun je de interacties tussen de atomen beinvloeden. Dat levertnieuwe fundamentele inzichten op in de natuurkunde."
De quantumcomputer komt door dit onderzoek dichterbij. Atomenkun je namelijk vangen met licht. Door verschillende lasers tegenelkaar in te laten schijnen, kun je een driedimensionaalgolfpatroon maken. Dat lijkt nog het meest op de onderkant van eengeribbeld schuimrubberen slaapmatje. Het is mogelijk de atomen vaneen Bose-Einsteincondensaat te verdelen over dit lichtpatroon alsknikkers over een geribbeld matje. In de dalen, waar geen licht is,gaan atomen zitten. Van de lichtrijke bobbels blijven ze weg. Zo'nopstelling kan dienen als een geheugen voor een quantumcomputeromdat atomen de eigenschap hebben (spin) dat ze zich in tweetoestanden kunnen bevinden. Dat is vergelijkbaar met computerbitsdie de waarde nul of een hebben. Als natuurkundigen er in zoudenslagen om die afzonderlijke atomen te manipuleren, dan zou hetquantumgeheugen 'beschrijfbaar' zijn. "Dit is een hot topic", zegtStoof. Maar de volwaardige quantumcomputer zit nog ver achter dehorizon.
Stoof verricht zelf geen experimenten, als theoretischnatuurkundige stelt hij theorieen op waar collega's in hetlaboratorium weer mee aan de slag kunnen. In Utrecht is dat fysicusprof. dr. Peter van der Straten. Stoof had verwacht bij NWO buitende boot te vallen. "Ik had begrepen dat er maar een prijs naar defysica zou gaan", vertelt Stoof. "Mijn grootste 'concurrent' inNederland was Leo Kouwenhoven van de TU Delft. Maar hij is eenexperimentator, dus hij heeft meer geld nodig voor apparaten endergelijke. Na de eerste ronde was hij dan ook als eerste uit debus gekomen en ik als tweede. Ik dacht daarom dat het een hardedobber zou worden. Maar uiteindelijk heeft NWO twee VICI-beurzenaan de natuurkunde gegeven. Kouwenhoven en ik hebben allebeisubsidie gekregen. Ik sprong een gat in de lucht toen ik hethoorde!"
Van het geld gaat Stoof nieuwe aio's en postdocs aannemen. "Maarik wil de groep niet te groot hebben", remt hij af. "Het moet welhandelbaar blijven. Ik werk vrij nauw samen met al mijnmedewerkers, dat kan alleen als er niet te veel mensen rondlopen.Ik wil graag fysica blijven doen en geen manager worden."
Dr. ir. Boudewijn Burgering vraagt zich af wat er incellen gebeurt als mensen ouder worden. De onderzoeker bij hetUniversitair Medisch centrum bij de afdeling fysiologische chemie,probeert een relatie te vinden tussen de veroudering van cellen enmoleculen en het ontstaan van ziekten zoals kanker. Met zijn'prijzengeld' wil hij state of the art onderzoeksmateriaalaankopen.
Burgering wil graag weten welke genen en welke eiwittenbetrokken zijn bij veroudering. Voorheen bestond een belangrijkdeel van het verouderingsonderzoek uit epidemiologisch onderzoek.Zo is bijvoorbeeld bij ratten aangetoond dat minder eten leidt toteen langer leven. Maar zo'n conclusie zegt nog niets over deonderliggende mechanismen. Terwijl dat is waar Burgering naar opzoek is.
Zijn vakgebied overlapt voor een groot deel met hetkankeronderzoek. De gemene deler is DNA-schade. In de loop van detijd hopen zich in menselijke cellen steeds meer fouten in het DNAop. Als het DNA te erg beschadigd is, besluit de cel zichzelf tevernietigen de zogenoemde geprogrammeerde celdood.
Geprogrammeerde celdood treedt juist niet op bij kankercellen.Door beschadigingen in het DNA kan een gezonde cel veranderen ineen cel die niet op wil houden met delen, een kankercel. Dezedelende cellen vormen vervolgens gezwellen. Bij kankercellen faalthet beveiligingsmechanisme waardoor de cel zichzelf zalvernietigen. Door veroudering is de cel minder goed in staatDNA-schade op te ruimen. Dat leidt dan weer tot kanker. Bij beideprocessen spelen dezelfde eiwitten een rol. Inzicht in verouderingis dus eigenlijk ook inzicht in kanker.
Vorig jaar bewees Burgering dit nog met een publicatie inNature. Samen met onder andere Karel Wirtz van de faculteitScheikunde beschreef hij hoe het forkhead-eiwit twee cellulairemechanismen met elkaar verbindt. Aan de ene kant is dat debescherming van de cel tegen zuurstofradicalen, aggressieve stoffendie onder andere het DNA beschadigen. De DNA-schade diezuurstofradicalen veroorzaken leidt tot veroudering. Het anderemechanisme is de besturing van de celcyclus, wanneer gaat een celdelen? Als de besturing van de celcyclus ontspoort, kan kankerontstaan. Veroudering en kanker zijn nauw verweven via hetforkhead-eiwit, dat kan dan ook op de warme belangstelling vanBurgering rekenen.
Burgering gaat er vanuit dat veroudering een proces is waar inte grijpen valt. Sommige wetenschappers denken daar anders over.Evolutionair gezien maakt het niet zoveel uit of iemand zestig oftachtig wordt - in de vorm van kinderen heeft een mens zijn genendan toch al doorgegeven. Biologisch gezegd: heel oud worden wordtniet door natuurlijke selectie bevorderd. Het gevolg daarvan zouzijn dat er geen genen zijn die specifiek betrokken zijn bijveroudering. Burgering is het daar niet mee eens. Zo isbijvoorbeeld wel degelijk mogelijk de rondworm C. elegans langer telaten leven door de juiste genen uit te zetten.
Met het geld van NWO wil Burgering behalve nieuwe state of theart apparatuur kopen een muismodel voor veroudering maken. Hij wileen genetisch aangepaste muis hebben waarbij vroegtijdigespierverslapping, een symptoom van veroudering, optreedt. Door hetonderliggende mechanisme te ontrafelen, hoopt hij vervolgensmogelijke medicijnen te kunnen bedenken tegen het verschijnsel.
Burgering doet geen uitspraak over het tijdstip waarop zo'nmiddel gemaakt zou kunnen worden: "daar ben ik huiverig voor". Hijwil geen overspannen verwachtingen wekken, het gebeurt al veel tevaak dat wetenschappers met optimistische claims over toekomstigegeneesmiddelen zwaaien, vindt hij. "Ik krijg nu e-mails van mensendie iemand met kanker in de familie hebben. Die lezen op Internetwat voor onderzoek ik doe en die vragen wanneer ik nu met eengeneesmiddel kom!"
Rinze Benedictus
Ontwikkeling van de aarde
Hij heeft geaarzeld om uit Amerika te vertrekken,maar onderzoeksorganisatie NWO heeft zijn twijfel grotendeelsweggenomen met een uniek welkom-thuis geschenk. Na een verblijf van12 jaar in het buitenland, waaronder zeven jaar aan het MIT inBoston, kreeg hoogleraar geofysica Rob van der Hilst (42) vorigeweek, nauwelijks vier maanden terug in De Uithof, een VICI-subsidietoegewezen. Met dat geld hoopt hij van Utrecht een van 's wereldsleidende centra te maken op het gebied van de beeldvorming van hetinwendige van de aarde.
In de subsidieaanvraag staat een aantal fraai gekleurdeplaatjes. Het zijn doorsneden van de aardmantel, de laag gesteentevan ongeveer drieduizend kilometer dik die direct onder deaardkorst begint en die zich uitstrekt tot de grens met deaardkern. Op de plaatjes is een afwisseling van blauwe en rodevlekken te zien, die aangeven waar de seismischevoortplantingssnelheid van het gesteente relatief hoog (blauw) ofjuist laag (rood) is. Om die verschillen op het spoor te komenheeft Van der Hilst gebruik gemaakt van miljoenen seismogrammen vanruim driehonderdduizend aardbevingen uit de afgelopen veertig jaar.Uit een seismogram kan namelijk worden afgeleid hoe lang de door deaardbeving veroorzaakte schokgolf nodig had om het betreffendemeetstation te bereiken.
"Omdat de snelheid van een golf afhangt van de elastischeeigenschappen van het materiaal dat hij doorkruist, zegt de tijddie de golf nodig had om een bepaalde afstand te overbruggen, dusook iets over de temperatuur en chemische samenstelling van hetgesteente op zijn weg", zegt Van der Hilst. "De afgelopen twintigjaar zijn zoveel meetgegevens geanalyseerd, dat we nu van veelpunten op de aardbol een betrouwbare doorsnede kunnen maken. Om inmedische termen te spreken, kunnen we voor wat betreft degolfsnelheden als het ware een CAT-scan van de aardmantel maken.Maar om werkelijk te begrijpen welke geodynamische processen zichdaar afspelen en hoe de aarde zich heeft ontwikkeld, moeten we ookde oorzaak weten van de afgebeelde variaties. Dat is het hoofddoelvan het onderzoek dat wij hier de komende jaren gaan doen."
Daarvoor gaat Van der Hilst opnieuw aan de slag met miljoenenseismogrammen. Maar die gaat hij nu veel systematischer enrigoreuzer analyseren. "Tot nu toe is veelal gewerkt of metP-golven, vergelijkbaar met geluidsgolven, of met transversaleS-golven, die zich niet door een vloeistof kunnen voortplanten. Wijwillen die twee benaderingen nu integreren, omdat we denken dat datons nauwkeuriger informatie kan geven over de samenstelling van demantel en over de variaties in temperatuur. Maar daarvoor moeten wein meer detail weten hoe deze golven zich precies in elastischemedia voortplanten. Een tweede aspect van dit project is dan ook omde theorie op dat punt, in samenwerking met Utrechtse wiskundigenen colleges in Delft (TUD), verder te ontwikkelen. Een derde aspectvan ons project is het ontwikkelen van nieuwe numerieke methoden omgegevens te analyseren en interpreteren, en om bestaandeaardmodellen te toetsen. Ik ga een deel van het VICI-geld gebruikenom 64 computers aan elkaar te koppelen, zodat we hier in feite eensupercomputer tot onze beschikking krijgen."
In eerste instantie is het project van de Utrechtse geofysicipuur gericht op het verkrijgen van meer fundamentele kennis, steltVan der Hilst. "Het doel is niet om over vijf jaar beteraardbevingen te kunnen voorspellen. Maar toch kan het ook een heelpraktisch nut kunnen hebben. Ik denk bijvoorbeeld dat meer inzichtin het gedrag van golven erg interessant kan zijn voor een bedrijfals Shell, dat de aardkorst op een vergelijkbare manier afzoektnaar olievoorraden. Maar bij dit project staat wetenschappelijkenieuwsgierigheid naar de samenstelling en geologische geschiedenisvan planeet aarde voorop."
Erik Hardeman