Back to list All Articles Archives Search RSS Terug naar lijst Alle artikelen Archieven Zoek RSS

Over de holistische blik, een crash dieet en Formule 1

Over de holistische blik, een crash dieet en Formule 1

Photographer:Fotograaf: Simone Golob

Twee jaar systeembiologie in Maastricht

Een mens met al zijn ingewikkelde biologische processen nabootsen in een computermodel. Zie hier het streven van de systeembiologie, en dus ook van het Maastricht Centre for Systems Biology (Macsbio). Het instituut bestaat precies twee jaar. Wat gebeurt daar eigenlijk?

De promovendi-kamer, de postdoc-kamer, het secretariaat, de flex-kantoortjes en het keukentje. Op de eerste verdieping van het pand aan de UNS 60 leidt prof. Ilja Arts haar bezoek langs de verschillende vertrekken. Zoveel is duidelijk: Macsbio is geen papieren constructie maar een instituut waar medewerkers elkaar tegen het lijf lopen.

“Anders zou het nooit van de grond zijn gekomen”, verzekert Arts, bijzonder hoogleraar moleculaire epidemiologie van chronische ziekten. “De biologen, wiskundigen, natuurkundigen, neurologen, genetici, die hier werken, hebben er een jaar over gedaan om elkaars taal te begrijpen. In het begin had de bioloog geen idee waar de wiskundige het in zijn presentatie over had en vice versa. Juist door te discussiëren, vragen te stellen ontstond gaandeweg begrip.”

Het begon in 2014 met een interfacultaire call voor onderzoek op het vlak van systeembiologie. Van de twaalf inzendingen kwamen de voorstellen geleid door Ilja Arts en Elia Formisano, hoogleraar cognitieve neurowetenschap, als beste uit de bus (volgens externe reviewers) en die vormen nu de twee onderzoekslijnen van het instituut. Arts is meteen gevraagd om wetenschappelijk directeur te worden. In 2015 volgde de officiële oprichting met een smak geld van de provincie: drie miljoen.

Virtuele mens

Wat is systeembiologie? Veelzeggend is deze running gag: ‘Vraag vijf sterrenkundigen naar de definitie van een zwart gat en je krijgt vijf verschillende antwoorden, vraag vijf biomedici naar systeembiologie en je krijgt tien antwoorden. Of meer.’ Wat ook weer niet ongewoon is voor een ontluikend vakgebied. Wel kijken systeembiologen met een holistische blik naar de mens en bestuderen ze biologische processen als deel van het geheel. Iets wat nu pas mogelijk is met behulp van snelle computers en met de variëteit aan beschikbare data, afkomstig van de genetica, imaging, vragenlijsten, patiëntadministraties.

Al die uiteenlopende gegevens belanden in computermodellen waarmee de biologische processen kunnen worden nagebootst. Hierbij gaan de empirie en de wiskunde hand in hand. Vergelijk het met een Formule 1 auto, zegt Formisano. “Je ontwikkelt een model, kijkt hoe die rijdt, past intussen onder de motorkap van alles aan, en herziet het model. En dat keer op keer.” Het streven, zegt Arts, is een virtuele mens, een simulatiemodel waarbij een draai aan één knop de gevolgen voor de rest van het lichaam toont. Zo kun je onder meer consequenties van medische ingrepen voorspellen. Maar zover is het nog lang niet.

fMRI

Eén van de twee onderzoekslijnen van Macsbio draait om chronische ziekten als obesitas, diabetes type 2, en hart- en vaatziekten. “We willen deze ziekten beter begrijpen en nieuwe, persoonlijkere benaderingen ontwerpen”, zegt Arts. “Waarom krijgen sommige patiënten last van insulineresistentie in de lever, anderen in de spieren, en mankeert weer anderen helemaal niets? We zijn nu het bestaande basismodel, waarbij verschillende onderdelen van het lichaam betrokken zijn, aan het uitbreiden. We voegen moleculaire data over de spieren toe en op termijn subjectieve gegevens over het welbevinden van diabetespatiënten. Dat laatste is volstrekt nieuw.”

De andere onderzoekslijn zit op het terrein van de neurowetenschappen. Om precies te zijn, zegt Formisano, draait het om leerprocessen. “Wat gebeurt er in het brein als mensen vaardigheden leren? Waarom leert de een beter of sneller dan de ander? Welke processen zitten daarachter? We onderzoeken dat op verschillende niveaus: we bestuderen gedrag, we kijken via fMRI in het brein en we bestuderen wat er in de cel en de genen gebeurt. Al die data stoppen we in een wiskundig model en hopen zo dat we daarmee voorspellingen kunnen doen. In de trant van: als er iets mankeert aan dit specifieke gen, dan remt dat het leervermogen.”

Budget

Het instituut kent zo’n dertig medewerkers (met elf nationaliteiten); iets meer dan de helft staat op de payroll van Macsbio, de rest is elders in dienst. Arts: “Zo stelt een hoogleraar uit Eindhoven zijn expertise beschikbaar en mag in ruil daarvoor data uit Maastricht gebruiken.” Van het personeel is zo goed als iedereen promovendus dan wel postdoc. Het instituut wil vanwege de levensvatbaarheid groeien naar 75 medewerkers.

Macsbio valt onder drie faculteiten (psychologie en neurowetenschap, FHML, en humanities & sciences), die allemaal hun eigen regels en voorkeuren kennen. Formisano: “Dat is niet altijd even makkelijk en efficiënt. Bij alles wat we doen, moeten drie faculteiten instemmen. Vooralsnog stellen ze personeel beschikbaar maar vanaf 2019 gaan ze mogelijk een financiële bijdrage leveren. De subsidie van de Provincie loopt dan ten einde .”

Het instituut verzorgt ook de master systeembiologie, alleen loopt het nog niet storm. Vorig jaar schreven zich vijf studenten in. Het Science Programme, biomedische wetenschappen, en data science and knowledge egineering zijn voor de hand liggende vooropleidingen, zegt Arts, maar het schort de systeembiologie nog aan bekendheid. “Dat kan niet lang meer duren, want het vakgebied wordt gezien als de toekomst van de levenswetenschappen.”

De medewerkers zijn inmiddels betrokken bij 130 publicaties en is onlangs een half miljoen euro binnengehaald voor twee promotieonderzoeken; het betreft een publiek-private samenwerking waarin NWO, TKI en het Wageningse Top Institute Food and Nutrition een rol spelen. Bovendien zit Macsbio nu in de laatste ronde van de zogeheten Complexity-subsidie van NWO, waar eveneens een half miljoen mee gemoeid is. “We kregen bij de laatste beoordeling zo ongeveer de hoogste scores”, zegt Arts. “Of we in de prijzen vallen, horen we één dezer dagen.”

 

Diabetes in een wiskundig model

Twee jaar geleden maakte ze de oversteek vanuit Ierland, uit Cork, een stadje net zo groot als Maastricht. De aio-plaats van Macsbio, over mathematische modellen van type 2 diabetes, sprak Shauna O’Donovan (26) zeer aan. Ze is een wiskundige die graag met biologische problemen stoeit en ze heeft iets met diabetes. It runs in the family. Vijftien familieleden van moederskant lijden eraan. Hoe dat komt is onduidelijk.

Wat is het probleem bij diabetespatiënten? Bij gezonde mensen stijgt na het eten het glucosegehalte in het lichaam, waarna insuline vrijkomt om het peil te verlagen. Diabetespatiënten zijn echter minder gevoelig of resistent voor insuline waardoor hun suikergehalte in het bloed hoog blijft.

Dit zogenoemde glucose-metabolisme beschrijft O’Donovan in een wiskundig model. Dat doet ze met data van de zogeheten Yoyo-studie, een paar jaar geleden uitgevoerd door de vakgroep humane biologie. Proefpersonen volgden een crash dieet (vijf weken lang 500 calorieën per dag), waarna onderzoekers nauwkeurig en op vele tijdstippen bestudeerden wat er op weefselniveau gebeurde.

Het model van O’Donovan is niet het eerste dat glucose-metabolisme beschrijft, maar misschien wel het meest accurate, vanwege de beschikbaarheid van de gedetailleerde Yoyo-data. Het werpt in ieder geval meer licht op de rol van vetten in het glucose-metabolisme. “Het is maar een klein deel van het grotere geheel van diabetes en gaat uiteindelijk op in uitgebreidere modellen.”

Leren kost energie

Welke moleculaire processen in de cel zijn belangrijk voor leren? Dat is de leidende vraag in het onderzoek van moleculair geneticus en postdoc Mike Gerards (35). Cruciaal zijn in ieder geval goed functionerende mithochondriën, de energiecentrales van de cel. Het brein verbruikt immers ruim 20 procent van al onze energie.

Net zo essentieel, zegt Gerards, zijn de eiwitten die de ‘wielen’ vormen van de mithochondriën. Het gaat namelijk om mobiele centrales die steeds naar de plek ‘rijden’ waar de energie nodig is. Daar zijn veel eiwitten bij betrokken, en die zijn niet allemaal bekend. Via computeranalyses probeert de postdoc onbekende eiwitten op te sporen. “Hoe completer het plaatje, des te beter we begrijpen wat er in de cel gebeurt.”

Bovendien onderzoekt hij wat de gevolgen zijn voor het leren als de energievoorziening hapert. “Als de mobiliteit van de centrale verstoord raakt, dan komt de energie niet op de juiste plaats. Wat betekent dat voor het functioneren van het brein, voor het leerproces? Verklaart het mede de variatie in leervermogen in de populatie? Speelt het patiënten parten met ernstige aandoeningen als het Leigh syndroom, een stofwisselingsziekte in de hersenen bij kinderen?”

Terwijl Gerards zich richt op cellen, kijken collega-onderzoekers naar het hele brein, naar de hersenactiviteit in specifieke gebieden en naar de communicatie daartussen. Dat gebeurt door proefpersonen in de scanner leertaken te geven. “We doen steeds onderzoek op verschillende niveaus. Uiteindelijk proberen we antwoord te geven op de vraag: hoe belangrijk is de energiehuishouding voor het leerproces?”

Wie meer wil weten over systeembiologie: op 9 juni organiseert Macsbio een Science Day 

Categories:Categorieën:

CommentsReacties

There are currently no comments.Er zijn geen reacties.

Post a Comment

Laat een reactie achter

Door een reactie te plaatsen gaat u akkoord met de verwerking van de ingevulde gegevens door Observant.
Voor meer informatie: Privacyverklaring
By responding, you agree to send the entered data to Observant.
For more info: Privacy statement

Naam (verplicht)

E-mail (verplicht)