Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

De mens weer in elkaar zetten

Experimentele technieken maken het mogelijk de piepkleine onderdelen van de mens als biologisch systeem in kaart te brengen: het DNA, de eiwitten, de cellen. Maar hoe vormen al die radertjes samen eigenlijk een mens? Wiskundig bioloog prof.dr. Roeland Merks helpt biologen de mens weer in elkaar te zetten. Oratie op vrijdag 27 februari.

Spelen met technisch Lego

Merks vergelijkt zijn werk met ‘spelen met technisch Lego’. Zoals je met dit speelgoed uit kleine onderdelen een machine kunt bouwen en zo de werking van de machine beter begrijpt, zo wil Roeland Merks andere wetenschappers helpen bij het beter begrijpen van de samenwerking tussen de onderdelen binnen een biologisch systeem. Hij doet dit door de groei van een systeem, bijvoorbeeld een bloedvatnetwerk, na te bouwen in een wiskundig model. ‘Vaak zien wetenschappers de bomen door het bos niet meer als ze een biologisch systeem tot de kleinste onderdeeltjes proberen te ontleden om inzicht te krijgen in de samenwerking van die onderdelen. We krijgen dan veel te veel variabelen.’

'Ik kijk naar de hiërarische structuur'

Een netwerk van cellen

‘In plaats van naar het detailniveau, kijk ik juist naar de hiërarchische structuur van het biologische systeem. Ik kies de juiste schaal bij het probleem dat we willen begrijpen. Zo worden bloedvaten gevormd door endotheelcellen, en dus kiezen we de cel als centrale schaal. De moleculen in de cel modelleren we niet altijd in detail, maar vaak alleen in termen van de fysische eigenschappen die ze veroorzaken (vorm, stijfheid, kleefkracht, enzovoorts) en de reactie van de cel op signalen van buurcellen.’ Zo helpt Merks biologen en medici om onderzoeksvragen te beantwoorden als: welke cellen hebben welke rol bij de bouw van een bloedvat? Of: welke fysieke eigenschap van een cel moet je onderdrukken om de groei van een tumor te stoppen?

Biologen lang sceptisch

Merks opereert met zijn werk op het grensvlak tussen wiskunde en biologie. Het vakgebied heet officieel dan ook: Multischaal Mathematische Biologie. Lange tijd bestond er scepsis onder biologen over de toepassing van wiskundige modellen bij het begrijpen van organismen.

Wat was het discussiepunt tussen biologen en wiskundigen?

‘De traditionele werkwijze van biologen is om de natuur te beschrijven door zoveel mogelijk meetgegevens te verzamelen en daarmee een beschrijvende verklaring op te bouwen. Wiskundigen en natuurkundigen werken anders. Zij proberen de werkelijkheid te vatten in een dynamisch model dat gebaseerd is op vereenvoudigde aannames. Bijvoorbeeld dat een cel bolvormig is. Daarna werken ze het gedrag van zo’n model uit, vergelijken het resultaat met de werkelijkheid, en toetsen daarna wat er gebeurt als ze hun basisaanname - de cel is bolvormig - veranderen. Traditionele biologen gruwen van zo’n aanname. Want je hebt niet op voorhand écht waargenomen dat een cel bolvormig is. Tegenwoordig zien biologen gelukkig in dat het gebruik van wiskundige modellen veel voordelen heeft. Zo stel je bij het opbouwen van een model vragen die biologen zelf nog niet hadden gesteld.’

Weet u biologen en medici te bereiken met uw onderzoek?

‘Absoluut, de lijnen zijn heel kort. In Leiden bekijkt een van mijn promovendi samen met het Leiden Academic Centre for Drug Research (LACDR) hoe de eigenschappen van tumorcellen bepalen hoe snel ze gezond weefsel kunnen binnendringen. Met het LUMC en afstudeerders van de Hogeschool Leiden onderzoek ik de samenwerking tussen twee soorten cellen die beiden met bloedvatgroei te maken hebben: endotheelcellen, die de binnenwand van een bloedvat bouwen, en pericyten, die om de endotheelcellen heen liggen. Lange tijd dacht men dat die cellen helemaal niet samenwerkten, maar dat blijkt wél het geval te zijn. Met het Instituut voor Biologie Leiden (IBL) begeleid ik een promovendus die de vorming van huidmondjes in het plantenblad onderzoekt.’

Wat vindt u het leukste aan uw werk?

Ik heb het gevoel alsof ik elke dag met Lego biologische systemen bouw. Daarnaast vind ik het ook erg leuk als ik anderen, zoals aio’s en studenten, kan enthousiasmeren voor dit vakgebied. Ik organiseer ook workshops, bijvoorbeeld bij het Lorenz Center in Leiden, om aan zoveel mogelijk geïnteresseerden te laten zien: kijk eens hoe leuk dit is en hoeveel je ervan kunt leren!’

Roeland Merks: Het molecuul, de cellen en het weefsel: de wiskunde van groei en vorm in tijden van Big Data