Grote impuls voor vrij onderzoek exacte en natuurwetenschappen

47 miljoen euro voor 20 projecten in NWO Open Competitie ENW - GROOT

24 februari 2020

In het programma NWO Open Competitie ENW - GROOT starten twintig nieuwe consortia een groot onderzoeksproject. Deze impuls van ruim 47 miljoen euro maakt nieuw onderzoek mogelijk naar onder meer de vroege fase van uitzaaiing bij tumoren, maakbare turbulentie met slimme deeltjes, onbekende eigenschappen van het Higgs boson, artrose en nanoplastics.

Bij de start van het nieuwe domein Exacte en Natuurwetenschappen (ENW) in 2017 bleek er bij onderzoekers behoefte te zijn aan substantiële projectfinanciering in de open competitie. Het gaat daarbij om nieuwsgierigheidsgedreven, ongebonden fundamenteel onderzoek. ENW heeft daarom een open competitie opgezet in drie, qua grootte van financiering oplopende vormen: XS, KLEIN en GROOT. Subsidies binnen het NWO Open Competitie ENW – GROOT-programma zijn bedoeld voor consortia waarin onderzoeksgroepen door samenwerking meerwaarde creëren.
In deze eerste subsidieronde van NWO Open Competitie ENW – GROOT zijn 92 vooraanmeldingen ingediend. Dertig consortia mochten hun aanvraag verder uitwerken. Het domeinbestuur heeft nu twintig projectaanvragen gehonoreerd, waarmee het honoreringspercentage op 21,7 procent komt. De helft van de domeinbrede beoordelingscommissie bestond uit vrouwen en vier van de toegekende consortia hebben een vrouwelijke hoofdaanvrager.

Toekenningen

Higher Order Topological Nano Devices (HOTNANO)
Prof. dr. E.P.A.M. Bakkers, TUE
De onderzoekers gaan op zoek naar methodes om quasideeltjes te maken op een chip. Veel elementaire deeltjes kunnen alleen worden onderzocht in grote deeltjesversnellers zoals CERN. Dit project gaat op jacht naar quasideeltjes op een chip door nanodraden te combineren met supergeleiders. De experimenten richten zich op de allereerste transitie tussen twee verschillende zogenaamde ‘topologische fasen’ in het nieuwe materiaal. Daarmee hopen de onderzoekers quasideeltjes te vinden die kunnen dienen als bouwsteen voor een quantumcomputer. De onderzoekers verwachten voor het eerst exotische deeltjes zoals parafermionen te kunnen waarnemen.

Resolving the fundamental building principles of the genome
Dr. R.T. Dame, UL
Het wordt steeds duidelijker dat de driedimensionale organisatie van DNA in een cel de functionaliteit van dit DNA bepaalt. De processen van aflezen, kopiëren en herstellen van DNA zijn allemaal nauw verbonden met de 3D-structuur. Dit project onderzoekt welke aspecten bepalend zijn voor de structuur van chromosomen in de drie domeinen van leven (bacteriën, archaea en eukaryoten) en hoe chromosoomstructuur genactiviteit bepaalt, zowel in de reageerbuis als in levende cellen. Zo gaan we de ontwerpprincipes van chromosomen ontrafelen en achterhalen hoe chromosoomstructuur een bepalende rol speelt in het ontstaan van ziektes.

Optimization for and with Machine Learning (OPTIMAL)
Prof. dr. ir. D. den Hertog, TiU
Machine learning is vaak in het nieuws vanwege opzienbarende toepassingen als beeldherkenning en zelfrijdende auto’s. Bij het construeren van machine learning modellen, als deep learning en random forests, speelt wiskundige optimalisatie een belangrijke rol. In het eerste projectdeel willen we de prestaties van bestaande optimalisatietechnieken voor machine learning beter begrijpen en ook snellere en betere optimalisatietechnieken ontwikkelen. In het tweede deel zetten we machine learning technieken in om optimalisatie problemen sneller en nauwkeuriger op te lossen. De nieuwe technieken worden toegepast op classificatieproblemen voor medische behandelingen, het vinden van genetische verwantschappen, voedselverspreidingsketens voor het World Food Programme, en zelfrijdende auto’s.

Single Cell Analysis of Animal Development
Prof. dr. S.J.L. van den Heuvel, UU
Alle cellen in ons lichaam bevatten een complete en identieke handleiding, het genetische materiaal. Daarin staat de volledige informatie voor onze levensprocessen. Toch gaan cellen totaal verschillende richtingen op; de een blijft een stamcel, een ander wordt een gespecialiseerde zenuwcel. Hoe weet een cel wat te worden? Welke beslissingsprocessen zitten hierachter? Een onderzoeksteam met uiteenlopende specialisaties gaat intensief samenwerken om cellulaire beslissingen te begrijpen. Ze zetten gedetailleerde moleculaire metingen aan ontwikkelende cellen om in een voorspellend computermodel. Het verkregen inzicht gaat helpen cellulaire beslissingen te controleren om daarmee regeneratie te stimuleren en kanker te stoppen.

The Active Matter Physics of Collective Metastasis
Dr. E.H.J. Danen, UL
Tijdens de vroege fase van uitzaaiing overwinnen clusters van tumorcellen een reeks mechanische blokkades om zich los te weken van de primaire tumor, door omringende weefsels te kruipen, en bloedvaten te infiltreren waarna ze andere organen bereiken. De onderzoekers gaan deze reis mechanisch in kaart brengen door theoretische modellen te combineren met experimentele celbiologie en biofysica in weefselkweek modellen en met in vivo tumorbiologie. Wij willen zo de fysische parameters identificeren die eerste stadia van uitzaaiing reguleren en daarmee inzicht leveren voor rationeel ontwerp van nieuwe therapeutische strategieën.

Pacing the heart; studying the underlying principles of biological pacemakers
Prof. dr. V.M. Christoffels, UvA
Veel mensen lijden aan een trage hartslag. De natuurlijke pacemaker van het hart - de sinusknoop – werkt dan niet goed. Dit project onderzoekt de basisprincipes achter de opbouw van een robuuste en regelmatig werkende sinusknoop. Met die kennis gaan we een pacemaker bouwen uit menselijke stamcellen. We bestuderen de ontwikkeling en werking van de sinusknoop in vissen en muizen en toetsen het verkregen inzicht met wiskundige modellen. In de toekomst hopen we met deze kennis defecte sinusknopen te gaan repareren met gentherapie. De gekweekte pacemakers komen van pas bij studies naar trage hartslag en bij het testen van medicijnen.

Shaping turbulence with smart particles
Prof. dr. F. Toschi, TUE
Maakbare turbulentie met slimme deeltjes - Kunnen we turbulente stromingen ontwerpen?
Turbulentie, de alomtegenwoordige stromingstoestand, vertoont een sterke tendens om homogeen en isotroop te worden op de kleine stromingsschalen. Met toepassing van ‘slimme’ deeltjes, geschikt voor beïnvloeding van de kleinste stromingsschalen, onderzoeken we hoe we nieuwe vormen van turbulentie kunnen ontwerpen en maken.

At the heart of the Higgs
Prof. dr. W. Verkerke, NIKHEF
Het Higgs boson, in 2012 ontdekt bij het Europees centrum voor deeltjesfysica CERN, speelt een sleutelrol in het Standaard Model van elementaire deeltjes. Omdat deze theorie een aantal grote vragen onbeantwoord laat weten we dat bij hogere energieën een meer fundamentele theorie zich zal openbaren. In de zoektocht naar deze ‘nieuwe natuurkunde’ spelen nu nog onbekende eigenschappen van het Higgs boson een belangrijke rol. Een consortium van Higgs-experts wil in dit project die eigenschappen uit de experimenteel zeer complexe metingen achterhalen en de komende jaren wereldwijd een leidende rol spelen in het hart van de deeltjesfysica.

Nanoplastics: Origin, Structure and Fate
Prof. dr. ir. B.M. Weckhuysen, UU
Een multidisciplinair onderzoeksteam gaat de oorsprong, aard, transport en impact van nanoplastics onderzoeken. De eerste metingen hebben de aanwezigheid van nanoplastics, afbraakproducten van plastics, in de oceaan en ook in zelfgemaakte laboratoriummonsters aangetoond. Nu willen we ontrafelen wat deze moleculen en hun chemische en fysische eigenschappen zijn, hoe ze in oceanen worden getransporteerd, wat hun impact is op micro-organismen, die voorkomen in water of op plastic afval, en hoe ze reageren onder verschillende omgevingsomstandigheden. Onze resultaten leiden tot fundamentele kennis, die essentieel is voor het bedenken van adequate methodes voor de verwijdering van nanoplastics en hun ongewenste effecten op het milieu.

Unraveling Neural Networks with Structure-Preserving Computing
Prof. dr. W.H.A. Schilders, TUE
Machinaal leren met behulp van neurale netwerken brengt een revolutie teweeg in ons dagelijks leven zoals het automatiseren van complexe taken als spraakherkenning. Het vindt ook zijn weg naar de simulatie van verschijnselen in de natuurkunde, scheikunde, sterrenkunde en biologie. Voor dat laatste is een beter inzicht essentieel teneinde efficiënte, op maat gemaakte neurale netwerken te kunnen construeren gebruikmakend van eigenschappen van de onderliggende wetenschappelijke problemen. Het daaruit voortvloeiende diepere inzicht in neurale netwerken vanuit wiskundig, natuurkundig en sterrenkundig oogpunt is van vitaal belang voor toekomstige ontwikkelingen op dit zich snel ontwikkelende gebied.

Driving quantum phase transitions in topological correlated matter (TOPCORE)
Dr. E. van Heumen, UvA
Vernieuwende technologieën die de moderne digitale samenleving mogelijk maken zijn onlosmakelijk verbonden met doorbraken in het beheersen van elektrische eigenschappen van materialen. Onderzoekers van zes Nederlandse universiteiten gaan proberen om een nieuw onderzoeksgebied open te breken. Ze willen zo materialen ontwikkelen waarvan de elektrische en magnetische eigenschappen met externe knoppen als druk, temperatuur of aangelegde spanning eenvoudig en zeer sterk veranderd kunnen worden. Dit project combineert hiervoor baanbrekende ideeën uit het wiskundige vakgebied van de topologie met experimenten en theoretisch onderzoek aan nieuw ontdekte materialen.

Unwiring beneficial functions and regulatory networks in the plant endosphere
Prof. dr. J.M. Raaijmakers, NIOO
Planten leven samen met miljarden goedaardige bacteriën. Dit zogenaamde microbioom leeft op en in plantenwortels en beschermt tegen plantenziekten. Recent is ontdekt dat geïnfecteerde planten actief microben rekruteren en activeren voor bescherming. Wij gaan onderzoeken hoe plantenwortels deze ‘probiotica’ selecteren en hoe deze microben vervolgens de plant gezond houden. Hiertoe zullen we het microbioom, de genen en metabolieten in wortels van geïnfecteerde planten bestuderen en gaan we met nano-microscopische technieken kijken waar en hoe deze beschermende microben hun werk doen. De vergaarde fundamentele kennis maakt innovaties mogelijk die nodig zijn voor de toepassing van microbiomen in plantenveredeling en gewasbescherming.

Guardians of protein disorder
Dr. L.M. Veenhoff, UMCG
Ongestructureerde eiwitten zijn eiwitten zonder een vaste vorm. Ze vervullen essentiële functies in cellen, maar zijn ook betrokken bij eiwitaggregatieziekten zoals de ziekte van Parkinson en ALS. Bekend is dat ongestructureerde eiwitten verschillende fasen kunnen aannemen, zoals een druppel, een gel of een vastere vorm, een aggregaat. De onderzoekers willen ontrafelen welke bewakingsmechanismen bestaan die ervoor zorgen dat ongestructureerde eiwitten de juiste fase aannemen die nodig is voor functie en ter voorkoming van ziekte. Door te bestuderen hoe deze eiwitfasetransities werken, denken we te kunnen bijdragen aan een beter begrip van eiwitaggregatieziekten.

Self-Assembled Icosahedral Photonic Quasicrystals with a Band Gap for Visible Light
Prof. dr. A. van Blaaderen, UU
Fotonische quasikristallen door zelforganisatie
Fotonische kristallen zijn belangrijk voor veel onderzoeksgebieden en toepassingen omdat ze de interactie van licht met materie op ongekende wijze kunnen versterken. Door de inherent schaalbare en economische methode van de zelforganisatie van colloïdale deeltjes te gebruiken willen we niet alleen periodieke maar ook quasiperiodieke kristallen maken met een zogenaamde fotonische bandgap voor zichtbaar licht, het equivalent van een elektronische bandgap voor elektronen. Dit project gaat dergelijke structuren bestuderen en bekijken hoe ze lichtvoortplanting en generatie kunnen beïnvloeden. Dat zal nieuwe fundamentele kennis (bijvoorbeeld over quasikristallen) opleveren en ook toepassingen in datamanipulatie, verlichting, sensoren en fotokatalyse.

Single Cell Microgel embedded iPS-cells to map molecular variability of cell differentiation using a systems biology approach (SCI-MAP)
Prof. dr. I. Meulenbelt, LUMC
Artrose is een chronische, veel voorkomende, invaliderende gewrichtsaandoening. Regeneratieve geneeskunde biedt patiënten uitzicht op herstel van gewrichten in plaats van dure symptoombestrijding of een gewrichtsvervangende operatie. Gebrek aan inzicht in factoren die bepalen hoe stamcellen specifieke weefsels vormen verhindert echter de effectieve toepassing van regeneratieve geneeskunde. Het project brengt wetenschappers vanuit verschillende disciplines bij elkaar die deze unieke factoren gaan identificeren en voorspellen. Kennis uit het project brengt de concrete toepassing van regeneratieve geneeskunde voor artrose en voor andere chronische ziekten een belangrijke stap dichterbij.

Organoids in time
Dr. J.S. van Zon, AMOLF
Onze darmen doen meer dan we denken: naast voedsel opnemen maken ze bijvoorbeeld ook hormonen en onderdrukken ze infecties. Deze cruciale functies zijn echter obscuur gebleven omdat de verantwoordelijke cellen zeer zeldzaam zijn en snel veranderen. Dit project gaat mini-darmen met immuun cellen genereren, waardoor ze direct onder de microscoop gevolgd kunnen worden. Met deze aanpak kunnen we begrijpen hoe deze cellen samenwerken en kunnen we medicijnen testen zonder patiënten er aan bloot te stellen. Dit is belangrijk voor fenomenen variërend van obesitas tot immuunziektes, bacteriële infecties, allergieën en depressies.

Nanoscale regulators of photosynthesis
Prof. dr. R.G.M. Croce, VU
Planten zijn voor hun energievoorziening afhankelijk van zonlicht. Met een ingenieus antennesysteem wordt beschikbaar licht heel efficiënt gebruikt, maar in fel zonlicht neemt de kans op licht-geïnduceerde schade enorm toe. Gelukkig kunnen planten de ontstane gevaren het hoofd bieden met een speciaal eiwit, PsbS. Het is echter volledig onduidelijk hoe dit eiwit functioneert. Een breed consortium van biologen, chemici en fysici gaat met geavanceerde experimentele en theoretische methoden onderzoeken hoe PsbS het gevaar kan onderkennen en een cascade van processen in gang kan zetten die leiden tot deze efficiënte bescherming.

Crossing over from the quantum world to the classical world and back
Prof. dr. ir. T.H. Oosterkamp, UL
Wat is een meting? Quantummechanica heeft een ware revolutie teweeggebracht zowel in kennis als in toepassingen. Toch is er sinds de geboorte van de quantummechanica een onbevredigend situatie rondom de overgang van een onderliggende quantumwereld naar ons klassiek wereldbeeld. Ons team gaat dit overgangsgebied onderzoeken via experimentele studies van macroscopische quantumsuperposities.

State and fate of Antarctica’s gatekeepers: a High Resolution approach for Ice ShElf instability (HiRISE)
Dr. ir. B. Wouters, TUD
Antarctica is de grootste onbekende in huidige projecties van zeespiegelstijging. Dit komt vooral door de grote onzekerheid in de rol van ijsplaten in een veranderend klimaat. Om deze onzekerheid te verkleinen, combineren we veldmetingen, satellietdata en klimaatmodellen om de huidige staat van de Antarctische ijsplaten met hoge resolutie en nauwkeurigheid in kaart te brengen. Zo kunnen we beter inschatten hoe de toekomstige stabiliteit van de ijsplaten verandert in de komende eeuwen, welke invloed dit heeft op het massaverlies van de Antarctische ijskap en wat dit betekent voor het waterpeil aan de Nederlandse kust.

Coupled multi-process research for reducing landfill emissions (CURE)
Dr. J. Gebert, TUD
Wereldwijd is storten van afval nog steeds een belangrijk aspect van afvalbeheer. Emissies van stortgas (vooral methaan) naar de atmosfeer en opgeloste verontreinigingen naar het grondwater zijn het gevolg van bio-geochemische reacties in het afvalpakket. In dit project wordt, in de context van een praktijkproef naar duurzame nazorg van stortlocaties in Nederland, fundamenteel onderzoek gedaan naar de relaties tussen de omzettingen van organische stof in het afval en de emissies van verontreinigingen. De onderzoeksresultaten zullen leiden tot methoden die een duurzaam beheer van verontreinigde locaties mogelijk maakt, met minimale emissies van verontreinigingen naar het milieu.

Bron: NWO