Hoogtepunten van 60 jaar chemisch onderzoek

30 november 2016

Tussen de Nobelprijzen van Van ’t Hoff en Feringa liggen niet alleen 115 jaar, maar ook een zeer groot aantal belangrijke ontwikkelingen in het Nederlandse chemische onderzoek. In deze en de volgende editie illustreert CW met hulp van de CW-studiegroepen, aan de hand van een aantal ontdekkingen uit de laatste zestig jaar, de rijkdom van de Nederlandse chemie. Dit is deel III in de vierdelige reeks ‘60 jaar chemie bij NWO’.

Dit is het derde artikel in een vierdelige reeks over 60 jaar chemie bij NWO. Lees ook deel I en deel II uit deze reeks.

Voor dit overzicht zijn alle leden van chemische studiegroepen uitgenodigd om belangrijke wetenschappelijke ontwikkelingen aan te dragen die van grote invloed zijn geweest op het aandachtsgebied van de betreffende studiegroep. Dit is deel 1 van deze spannende reis door 60 jaar chemisch onderzoek; in de volgende nieuwsbrief volgt deel 2. Onder de linkjes in de tekst staan volledigere versies van de hieronder gepresenteerde korte beschrijvingen van de aangedragen hoogtepunten.

Molecular structure of vanadium chloroperoxidase - Bron: PDB databank 1VNCMolecular structure of vanadium chloroperoxidase - Bron: PDB databank 1VNC

Een bijzonder metaal
Vanadium speelt een belangrijke rol in de enzymatische activiteit van zogenaamde peroxydases gevonden in zeewier. In 1986 ontdekte Ron Wever en zijn groep de unieke katalytische en structurele eigenschappen van dit metaal, dat een rol speelt in het afweersysteem van het zeewier, alsook in de natuurlijke vermindering van de ozonlaag.

Pincer compounds - Bert Klein Gebbink (Utrecht University)Pincer compounds - Bert Klein Gebbink (Utrecht University)

Metalen in de tang genomen
Toen Gerard van Koten en zijn groep in de jaren zeventig (eerst aan de UvA, later aan de UU) trachtten metaal-koolstof bindingen te stabiliseren in katalysatoren, kwamen ze uit op een systeem waarbij de metaal-koolstof binding wordt ‘klemgezet’ door twee flankerende metaal-stikstof bindingen. Tegenwoordig is ‘pincerchemie’ een apart onderzoeksveld en kan ieder metaal uit het periodiek systeem in een dergelijke pincer gevangen worden.

Sabeth Verpoorte (University of Groningen), with thanks to Rainer Bischoff (University of Groningen)Andries Bruins (far right) with Tom Covey (second from right), probably at the Henion lab at Cornell in the 80’s. - Bron: Sabeth Verpoorte (University of Groningen), with thanks to Rainer Bischoff (University of Groningen)

Massaspectrometrie voor vloeistoffen geschikt gemaakt
De Groningse hoogleraar Andries Bruin ontwikkelde in 1985 bij een bezoek aan Cornell met Jack Henion en Tom Covey de zogenaamde ‘ionspray’ techniek. Bij ionspray wordt vloeistof uit een vloeistof chromatograaf door een roestvast stalen capillair (onder hoogspanning) in de ionisatiekamer van een massaspectrometer gesproeid, waarbij bijvoorbeeld stikstof met hoge snelheid langs de uitgang van de buis wordt geleid, waardoor de vloeistof een fijne nevel wordt. Mede door deze techniek kan massaspectrometrie worden toegepast in een toenemend aantal toepassingen in de medische en levenswetenschappen, wat onder meer de ontwikkelingen binnen proteomics mogelijk maakt.

Dr. Mario Geysen (visiting scientist at WUR/ASG-Lelystad). B) Prof. Dr. Rob Meloen (group leader of the research group “Molecular Recognition” at Wageningen University/Animal Science Group); C) Schematic representation of the synthesis of overlapping peptide libraries for the mapping of antibody epitopes. Bron: Peter Timmerman (PEPSCAN)Dr. Mario Geysen (visiting scientist at WUR/ASG-Lelystad). B) Prof. Dr. Rob Meloen (group leader of the research group “Molecular Recognition” at Wageningen University/Animal Science Group); C) Schematic representation of the synthesis of overlapping peptide libraries for the mapping of antibody epitopes. Bron: Peter Timmerman (PEPSCAN)

Molecuulbibliotheken
Hoe antilichamen binden aan antigenen van ziekteverwekkers is van belang voor de ontdekking en ontwikkeling van medicijnen. In Wageningen introduceerde Rob Meloen de combinatorische chemie in dit veld met de allereerste synthese van bibliotheken van moleculen (peptides) voor het in kaart brengen van antilichaam-epitopen in eiwitten. De groep van Meloen wist ook als eerste een synthetisch vaccin te maken dat honden bescherming biedt voor het parvo virus, en dat mogelijk voordelen kan bieden boven biologisch geproduceerde vaccins.
 

The provided images show the Gin protein on supercoiled DNA bridging three distant sites (top) and knotted DNA products of a reaction essential to solve the mechanism using topology. Bron: Claire Wyman (EUMC)The provided images show the Gin protein on supercoiled DNA bridging three distant sites (top) and knotted DNA products of a reaction essential to solve the mechanism using topology. Bron: Claire Wyman (EUMC)

Informatie-uitwisseling op DNA
Roland Kanaar werkte eind jaren tachtig als promovendus te Leiden, toen het net mogelijk werd om  DNA ‘informatie’ uitwisseling in de biologie exact te relateren aan complexe chemische mechanismen. Kanaar wist te verduidelijken hoe nucleoproteïne complexen op afgelegen plaatsen langs een DNA-keten met elkaar communiceren bij recombinatie.

Trypanosomen - Bron: Piet Borst (NKI)Trypanosomen - Bron: Piet Borst (NKI)

Parasitaire vermomming verklaard
Antigene variatie is een van de meest intrigerende fenomenen in de natuur. Trypanosomen, Afrikaanse parasieten welke dodelijke slaapziekte veroorzaakt bij mensen, ontsnapt aan het immuunsysteem van de gastheer door het regelmatig veranderen van de toplaag. Aan de UvA wisten Piet Borst en Jan Hoeijmakers in 1980 het spectaculaire mechanisme achter de antigene variatie van trypanosomen te ontdekken.

Velocity Map Imaging - Bron: Wim Ubachs (VU University)Velocity Map Imaging - Bron: Wim Ubachs (VU University)

Veranderingen in moleculen zichtbaar
In 1997 vonden André Eppink en David Parker een manier om de resolutie van de ‘product imaging’ techniek, waarbij metingen worden gedaan aan de snelheid van productmoleculen of deeltjes na een chemische reactie of fotodissociatie van een molecuul, sterk te verhogen. De door hen ontwikkelde ‘Velocity map imaging’ gebruikt een elektrostatische lens om de ionen richting de detector te versnellen. De methode wordt door laboratoria over de hele wereld gebruikt.

Grote afremmer - Bron: Wim Ubachs (VU University)Grote afremmer - Bron: Wim Ubachs (VU University)

Moleculen afkoelen door ze te remmen
In 1998 wisten Gerard Meijer en zijn groep met behulp van tijdsafhankelijke elektrische velden de voorwaartse snelheid van een bundel CO moleculen sterk te vertragen. Zodoende werd het mogelijk monsters koude moleculen te maken en hun eigenschappen te bestuderen bij lage temperatuur. In latere experimenten werd de inmiddels als ‘Stark vertraging’ betitelde methode gebruikt om moleculen tot stilstand te brengen en voor enkele seconden opgesloten te houden.

Organon onderzoeksgroep - Bron: Mario van der Stelt (Leiden University)Organon onderzoeksgroep - Bron: Mario van der Stelt (Leiden University)

Betere trombosemedicijnen
In Nederland krijgen per jaar 30.000 mensen te maken met arteriële verstopping door trombose. Vroegere trombosemedicatie bestond uit een slecht gedefinieerd mengsel van uit dierlijke organen geïsoleerde producten. Bij Organon startte Stan van Boeckel onderzoek aan een synthetisch trombosemedicijn. In 1987 slaagde hij met zijn team erin fondaparinux (later Arixtra® genoemd) te maken door middel van een complexe synthese bestaande uit meer dan vijfitig chemische stappen. Het bleek een veel beter medicijn te zijn dan andere reeds bestaande en kwam in 2002 in de VS en Europa op de markt.

Devulcanisatie - Peter Timmerman (PEPSCAN, UvA)

Rubber recycling
Aan de Universiteit Twente wisten Hans van Hoek en promovenda Siti Saiwari een methode te ontwikkelen voor de de-vulcanisatie van rubber, beginnend bij enkele elastomeren gebruikt in bandencompounds tot aan een volledig extrusieproces voor bandenmateriaal in een proefproces. Momenteel werken ze aan het opschalen van het proces, waarmee de recycling van jaarlijks 1 miljard afgedankte autobanden binnen bereik kan komen.

Warman en De Haas - Bron: John Warman (Delft University of Technology)Warman en De Haas - Bron: John Warman (Delft University of Technology)

Ladingsscheiding in materiaal onthult
Aan de TU Delft ontwikkelden Thijs de Haas en John Warman in 1982 een nieuwe techniek die het mogelijk maakte om direct, zonder elektroden, foto-geïnduceerde ladingscheiding binnen individuele moleculen en moleculaire materialen te detecteren. De techniek wordt tegenwoordig internationaal gebruikt om ladingsscheiding en migratie in een breed scala aan moleculaire materialen te bestuderen.

60 jaar chemie@NWO
In 1956 richtte de Koninklijke Nederlandse Chemische Vereniging (KNCV) de Stichting Scheikundig Onderzoek in Nederland op (SON). SON was de  voorloper van het gebied NWO Chemische Wetenschappen. Dit jaar wordt teruggekeken op 60 jaren van inzet van NWO voor de chemie. In de komende nieuwsbrieven zal daarom worden teruggekeken op wat er de afgelopen 60 jaar bereikt is en wat daar voor nodig was en is.

Dit is het derde artikel in een vierdelige reeks over 60 jaar chemie bij NWO. Lees ook deel I en deel II uit deze reeks.

Meer informatie:
Marijn Hollestelle
t. +31 (0)70 344 0968
e. m.hollestelle@nwo.nl

Bron: NWO