64 miljoen euro naar grensverleggende fundamentele onderzoeksprojecten

prof. dr. J.A. Pérez¸RUG
Mede-aanvragers: dr. H. (Henning) Basold; dr. R.J. (Robbert) Krebbers; dr. J.G.H. (Jesper) Cockx; dr. G. (Georgiana) Caltais; dr. H.H. (Helle Hvid) Hansen

Van onze telefoons en gebouwen tot stroom- en communicatienetwerken, software is de ruggengraat van onze digitale samenleving. Het waarborgen dat softwaresystemen betrouwbaar en robuust zijn, is cruciaal maar uitdagend. Een belangrijk aspect van softwareverificatie is het analyseren van cyclische structuren in hun gedrag. De theoretische kennis van veel belangrijke cyclische structuren is echter nog onderontwikkeld, wat een knelpunt vormt voor verificatie: veel kritieke softwaresystemen die essentieel zijn voor de samenleving kunnen niet worden geverifieerd. Dit consortium zal de theorie van cyclische structuren aanzienlijk verbeteren, wat een robuuste basis biedt voor de toekomstbestendige constructie van betrouwbare en robuuste softwaresystemen.

prof. dr. S. Hild, MU/Nikhef
Mede-aanvragers: prof. dr. C.F.F. (Chris) van den Broeck, prof. dr. A. (Alessandro) Bertolini, dr. H.J. (Henk Jan) Bulten, dr. A. (Anuradha) Samajdar, Prof. Dr. A. (Andreas) Freise, Dr. S. (Stefan) Danilishin, Dr. M. (Maria) Haney, Dr. G. (Gideon) Koekoek, Dr. C. (Conor) Mow-Lowry, Dr. J. (Jessica) Steinlechner, Dr. S. (Sebastian) Steinlechner, Dr. B. (Bas) Swinkels, Dr. N. (Niels) van Bakel

De Einstein Telescoop zal hét Gravitatiegolfobservatorium worden van Europa en zal zorgen voor een ongeëvenaarde waarnemingscapaciteit voor het grootste deel van de 21e eeuw doordat deze in staat is om bijvoorbeeld te luisteren naar botsingen van zwarte gaten uit het hele Heelal. In dit project gaan we technologieën ontwikkelen die essentieel zijn om de fenomenale gevoeligheid van de Einstein Telescoop mogelijk te maken. Speciale aandacht zal worden besteed aan het laagfrequente uiteinde van de observatieband, waar verbeteringsfactoren tot een miljoen nodig zijn vergeleken met de huidige LIGO/Virgo-detector.

prof.dr. ir. J.A.F. Marteijn, EMC
Mede-aanvragers: prof. dr. M. (Michiel) Vermeulen, dr. H. (Hannes) Lans, prof.dr. T.K. (Titia) Sixma, prof.dr. N.H. (Nynke) Dekker

Schade in het DNA verstoort het aflezen van genen door RNA-polymerase II, dat de genetische informatie van het DNA naar RNA kopieert. Het verstoren van RNA-polymerase leidt tot een verminderde cel functie en een versnelde veroudering. Door gebruik te maken van een consortium met unieke complementaire kennis en expertise kunnen we voor het eerst de oorzaken en gevolgen van DNA-schade bestuderen vanuit een enkel molecuulperspectief tot op het niveau van een heel organisme. Hierdoor kunnen we bestuderen wat er precies met RNA-polymerase gebeurt als het DNA-schade tegenkomt, en dit direct te kunnen koppelen aan de gevolgen op cel- of organismeniveau.

dr. ir. R. Levato, UU
Mede-aanvragers: dr. A. (Anna) Alemany ; prof. dr. J.C.H. (Jeroen) Leijten; dr. F. (Françoise) Carlotti

Productie van pancreatische eilandjes uit stamcellen heeft de potentie om diabetes te genezen. Echter, schaalbare laboratoriumproductie van eilandjes die goed hun natuurlijke tegenhangers nabootsen blijft een uitdaging. Met behulp van genoomanalyse zullen we onthullen hoe eilandjes tijdens menselijke ontwikkeling ontstaan. Met deze informatie als referentie zullen we nieuwe microfluïdische technologie gebruiken om de productie van grote hoeveelheden eilandjes van betere kwaliteit mogelijk te maken. De eilandjes zullen voorzien worden van een dunne coating om afstoting door het lichaam te voorkomen. Tenslotte zal een 3Dbioprinter de beschermde eilandjes verlijmen tot een transplanteerbare, kunstmatig gemaakte alvleesklier waarmee diabetes kan worden genezen.

dr. S. Samardjiska, RU
Mede-aanvragers: dr. I.R. (Ileana) Buhan, prof. dr. L. (Lejla) Batina, dr. K. (Kathrin) Hövelmanns, dr. M. (Monika) Trimoska, prof. dr. T. (Tanja) Lange

Post-kwantum cryptosystemen draaien op gewone computers, maar zijn veilig tegen aanvallen van kwantumcomputers. Momenteel is een belangrijke hindernis voor de migratie naar post-kwantum cryptosystemen het waarborgen van de veiligheid van hun real-world implementaties tegen aanvallers die fysieke emissies van de apparaten observeren. Huidige maatregelen tegen aanvallen werken niet voor post-kwantum cryptosystemen of zijn onbetaalbaar duur. Het ESCAPE-project zal een andere weg inslaan in plaats van de typische aanpak om de beveiliging van de implementatie later in het ontwerpproces te behandelen en deze al in het ontwerpstadium op te nemen, waardoor een snellere ontplooiing, goedkopere implementaties en betere veiligheidsgaranties worden gegarandeerd. 

dr. ir. I. Heller, VU
Mede-aanvragers: prof. dr. B.L. (Ben) Feringa; dr. J. (Jocelyne) Vreede; prof. dr. J. (Jan) Lipfert; dr. C.P. (Chase) Broedersz; prof. dr. S.S. (Shirin) Faraji

In alle levensvormen zijn moleculaire motortjes van onmisbaar belang voor bouwstenentransport in cellen, voor onderhoud van DNA, en voor (spier)bewegingen. Sinds kort is de mens ook zelf in staat om motortjes en machientjes te ontwerpen op de nanometerschaal en om deze aan te sturen met licht. Onderzoekers van verschillende disciplines zullen hun krachten bundelen om de ontwerpprincipes van synthetische nanomachines te ontrafelen, om gemotoriseerde nanobouwsteentjes te ontwerpen en om de eerste lichtgestuurde kunstspieren en nanotransportbanden te demonstreren. Deze ontdekkingen stellen ons in staat om nieuwe toepassingen na te streven zoals nanogeneeskunde en het ontwerp van lichtgestuurde, bewegende en zelf-helende materialen.

prof. dr. A. Boyarsky, LEI
Mede-aanvragers: prof. dr. A. (Ana) Achúcarro, dr. N.E. (Elisa) Chisari, dr. E. (Emanuela) Dimastrogiovanni, dr. M. (Matthieu) Schaller, dr. S.P. (Subodh) Patil, dr. P.D. (Daniel) Meerburg, dr. T. (Tomislav) Prokopec, dr. M.E.J. (Marieke) Postma

Ons universum is één grote magneet. Zelfs in de de meest afgelegen regionen zou een kompas nog uitslaan. Waar komt dit ’magnetisch veld’ vandaan? En wat vertelt het ons over het vroege heelal? Wij combineren analytische en numerieke methoden om testbare voorspellingen te doen en deze te vergelijken met de meest geavanceerde telescopen in de wereld, om zo tot antwoord op deze vragen te komen. Dit helpt ons niet alleen het universum, maar ook de natuurwetten beter te begrijpen.

dr. P. Ferrari, RU/Nikhef
Mede-aanvragers: dr. C. (Clara) Nellist; prof. dr. I.B. (Ivo) van Vulpen; dr. S. (Sascha) Caron; prof. dr. W. (Wouter) Verkerke; prof. dr. N. (Nicolo) de Groot; dr. F. (Frank) Filthaut; prof. dr. T. (Tristan) du Pree; dr. F. (Flavia) de Almeida Dias        

Het higgsveld, dat het universum vult, geeft elementaire deeltjes hun massa via de higgspotentiaal, een unieke kwantumeigenschap van het vacuum. De vorm van deze potentiaal, vergelijkbaar met de bodem van een wijnfles, is gerelateerd aan de onderlinge interactie van twee higgsbosonen. Door identificatie van higgsbosonen in de ATLAS-detector op CERN aanzienlijk te verbeteren met behulp van geavanceerde machine learning-technieken, kunnen we het eerste bewijs leveren voor dit ongelooflijk zeldzame proces. Hierdoor kunnenwe niet alleen het higgsveld, maar ook de oorsprong en uiteindelijke lot van ons universum beter begrijpen.

dr. J.S. van Zon¸AMOLF
Mede-aanvragers: dr. M.S. (Marianne) Bauer; prof. dr. A. (Alexander) van Oudenaarden; prof. dr. H.C. (Rik) Korswagen; dr. J.P. (Jacques) Bothma; prof. Dr. M.-A. (Marie-Anne) Félix

Tijdens onze embryonale ontwikkeling moet iedere cel op precies het juiste moment delen en differentiëren. Echter, hoe cellen de tijd bijhouden is grotendeels onbekend, vooral omdat deze processen in de meeste typen embryos moeilijk te volgen zijn. In dit project gaan wij deze fundamentele vraag oplossen door met nieuwe biologische technieken en theoretische concepten uit de natuurkunde de timing van cellen te bestuderen in het simpele nematode wormpje C. elegans. Een beter begrip van de mechanismen waarmee cellen tijd meten is cruciaal voor toepassingen in regeneratieve geneeskunde en belangrijk voor ons inzicht in het ontstaan van geboortedefecten en andere ziekten.

prof. dr. S. Otto, RUG
Mede-aanvragers: prof. dr. S.J. (Siewert-Jan) Marrink; prof. dr. A.M. (Anouk) Rijs; dr. E. (Evan) Spruijt; prof. dr. E.M.J. (Sabeth) Verpoorte;

De onderzoekers willen een minimale vorm van leven creëren op basis van synthetische moleculen. Ze beginnen met een systeem dat in staat is om zichzelf te kopiëren en tevens om zelf de daarvoor benodigde bouwstenen te produceren. Dit systeem wordt verder ontwikkeld zodat het ook zijn eigen celachtige compartimenten gaat bouwen. De onderzoekers laten deze compartimenten vervolgens groeien en delen en Darwiniaanse evolutie ondergaan. Dit is een samenwerkingsproject tussen experts in scheikunde microfluidica, massaspectrometrie, computersimulaties en evolutietheorie. Het onderzoek raakt aan existentiële vragen zoals: “Waarom is er leven?” en “Waarom zijn we hier?”.

prof.dr. C. Mayer, RUG
Mede-aanvragers: dr. F. (Francesca) Grisoni, dr. R. (Robert) Pollice

Evolutie in een reageerbuis is effectief gebleken bij het ontwikkelen van op maat gemaakte (bio)moleculen die ons helpen ziektes te bestrijden en een duurzame economie te verwezenlijken. Desalniettemin zijn deze directed evolution campagnes traag en moeizaam, wat de ontdekking van nieuwe medicijnen en katalysatoren tegenwerkt. Hier zullen onderzoekers gebruik maken van geavanceerde machine learning-technieken om directed evolution campagnes naar effectievere medicijnen en katalysatoren te wijzen. Door state-of-the-art technieken uit de moleculaire biologie, scheikunde en machine learning te integreren, zullen deze inspanningen de weg banen voor outof-the-box ontwerpen van op maat gemaakte, impactvolle biomoleculen.

dr. K. Kajala, UU
Mede-aanvragers: dr. D. (Dorota) Kawa; dr. V. (Victoria) Mironova; prof. dr. H.M. (Hannah) Schneider; prof. dr. J. (Jian) Xu        

Graangewassen, zoals maïs, voorzien in het grootste deel van het voedsel in de wereld. Productie van deze gewassen wordt bedreigd door klimaatverandering, vooral door droogte. Ons project bestudeert hoe bepaalde cellen in maïswortels fysieke barrières gebruiken om de plant te helpen overleven in moeilijke bodemomstandigheden zoals droogte, bodemverdichting en aanwezigheid van parasitaire planten. We gebruiken geavanceerde methoden om deze barrières en hun genen te bestuderen, en te testen hoe deze de plantengroei tijdens droogte beïnvloeden. Door dit te begrijpen, kunnen we sterkere gewassen kweken die beter met droogte kunnen omgaan, wat helpt bij het waarborgen van voedselzekerheid.

prof. dr. S.H. van der Burg, LUMC
Mede-aanvragers: dr. M-P. (Miao-Ping) Chien; dr. T.L. (Tineke) Lenstra; prof. dr. K.E. (Karin) de Visser; dr. S. (Sarah) Derks; dr L. (Leila) Akkari; prof. dr. I.J.M. (Jolanda) de Vries; prof. dr. L. (Linde) Meyaard    

Huidige immunotherapieën voor kanker activeren de lymfocyten gericht tegen de tumor, maar is slechts in een gedeelte van de patiënten effectief. Andere afweercellen, myeloïde cellen genaamd, kunnen de effectiviteit van immunotherapie helpen of hinderen. We willen begrijpen welke myeloïde subpopulaties cruciaal zijn voor een succesvolle behandeling. Hiervoor bestuderen we wanneer en met welke cellen deze myeloide cellen interacties hebben; wat hun rol is in de tumor; hoe ze reageren op de behandeling; en hoe machine learning kan worden gebruikt om behandelingen te voorspellen. Door deze studies verbeteren we ons begrip van myeloïde cellen in de behandeling van kanker. 

dr. ir. J.H. Krijthe, TUD
Mede-aanvragers: prof. dr. A.W. (Aad) van der Vaart, dr. N. (Nan) van Geloven, J.A. (Jeremy) Labrecque PhD, dr. S.L. (Stéphanie) van der Pas

Leren over oorzaak en gevolg vormt het hart van de wetenschap. Sommige wetenschappelijke disciplines gebruiken hiervoor experimenten, maar veel belangrijke maatschappelijke vraagstukken kunnen enkel beantwoord worden door data te verzamelen uit de dagelijkse praktijk. De toepassing van kunstmatige intelligentie om te leren van dit soort data is veelbelovend, maar kan leiden tot ongefundeerde, onjuiste en potentieel schadelijke conclusies en beslissingen. In dit project ontwikkelen we nieuwe wetenschappelijke inzichten en methodes om kennis van experts en datagedreven methodes te combineren, waarbij we de overgebleven onzekerheid reduceren en kwantificeren. Dit zal leiden tot methoden om betrouwbare antwoorden te geven op causale vragen.

prof. dr. M.G. Netea, RUMC
Mede-aanvragers: prof. dr. P (Peter) Pickkers; prof.dr. Y. (Yang) Li; dr. R. (Roy) van der Meel        

      
Ernstige infecties worden soms gecompliceerd door onevenwichtigheden in de manier waarop het immuunsysteem van de patiënt op de bacteriën of virussen reageert: soms te sterk en soms niet krachtig genoeg. De manier waarop we deze infecties moeten behandelen hangt dus af van het type immuunregulatie bij elke specifieke patiënt. Dit programma zal onderzoeken hoe het precieze type immuundefect bij elke patiënt met een ernstige infectie kan worden geïdentificeerd, en hoe de behandeling kan worden aangepast om de afweer van de gastheer opnieuw in evenwicht te brengen en de uitkomst van de patiënt te verbeteren.

prof. dr. ir. P.R. Onck, RUG
Mede-aanvragers: prof. dr. L.M. (Liesbeth) Veenhoff, prof. dr. C. (Cees) Dekker, dr. R. (Rifka) Vlijm

De transporteiwitten in cellen zijn zeer selectief en transporteren alleen die moleculen die precies de juiste vorm hebben: structuur bepaalt functie. Tot voor kort was alleen het kernporiecomplex, een transportsysteem voor toegang tot de celkern, een uitzondering hierop. De opmerkelijke selectiviteit voor transport komt voort uit een uniek filtersystem gebaseerd op eiwitslierten zonder structuur. Nu is er onlangs een tweede filtersysteem gevonden (in peroxisomen) dat op dezelfde manier werkt, maar met een drastisch verminderde complexiteit. In dit onderzoeksprogramma combineren we biologische, natuurkundige en chemische methoden om deze kans te benutten en te ontdekken hoe dit filtersysteem nu werkelijk werkt.

dr. M.H.G. Verheijen, VU
Mede-aanvragers: dr. R. (Rogier) Min; dr. E.N.T.P. (Erik) Bakker; prof. dr. H.E. (Elga) de Vries; dr. P. (Priyanka) Rao-Ruiz; dr. N.A. (Natalia) Goriounova; dr. H.D. (Harold) MacGillavry;

Onderzoek aan informatieverwerking in de hersenen was voorheen vooral gericht op communicatie tussen neuronen. De laatste jaren blijkt echter dat een niet-neuronale cel, de astrocyt, die voorheen werden gezien als een soort steuncel van je hersenen, ook een rol speelt in geheugen en cognitie. Astrocyten doen dit door verbindingen te vormen met zowel neuronen als bloedvaten in de hersenen. Welke moleculen betrokken zijn bij deze verbindingen is grotendeels onbekend. In SUPERGLUE gebruiken we geavanceerde technieken om deze moleculen en cellulaire interacties in kaart te brengen en daarmee een belangrijke stap te zetten in ons begrip van informatieverwerking door de hersenen.

dr. M. Kędziorek, RU
Mede-aanvragers: dr. I. (Inbar) Klang; dr. F.L.M. (Lennart) Meier; dr. G.S.K.S. (Gijs) Heuts; dr. R.S. (Renee) Hoekzema; dr. S. (Steffen) Sagave     

     
In het wiskundige vakgebied van de topologie bestudeert men meetkundige vormen tot op vervorming zonder knippen en plakken. Dit idee van continue vervorming kan ook toegepast worden om een ‘hogere’ vorm van algebra te formuleren, waarin gelijkheid wordt vervangen door vervormbaarheid. Het doel van dit project is om de invloed van symmetrie in de hogere algebra te bestuderen en zo te komen tot nieuwe, krachtigere algebraïsche structuren die vervolgens toegepast kunnen worden in de meetkunde en natuurkunde.

prof. dr. C.P.D. Brussaard, NIOZ
Mede-aanvragers: prof. dr. J. (Jef) Huisman; prof. dr. D.B. (Dedmer) van de Waal; dr. S. (Susanne) Wilken; dr. D.R. (Daniel) Mende

Fytoplankton (microscopische algen) produceren 50% van de zuurstof op Aarde en voeden de oceanen, maar zijn gevoelig voor virusinfecties. Hoewel het enorme effect van virussen ons allemaal bekend is, weten we nog maar heel weinig van hun invloed op het fytoplankton in de oceanen. Het PHYVIR onderzoeksproject heeft tot doel deze kennisleemte op te vullen. Dit doen we door virus-fytoplankton interacties in het laboratorium en tijdens oceaanexpedities te onderzoeken, en door geavanceerde computermodellen te bouwen die kunnen voorspellen hoe mariene virussen wereldwijd de cycli van koolstof- en nutriënten in de oceaan beïnvloeden, en daarmee de gezondheid van onze planeet.     

dr. D.A.J. van Riel, EMC
Mede-aanvragers: dr. M. (Miranda) de Graaf; dr. R.P. (Robert) de Vries; prof. dr. G.J.P.H. (Geert-Jan) Boons; dr. B.L. (Bart) Haagmans; dr. K.R. (Karli) Reiding; dr. L. (Lisa) Bauer

Virussen veroorzaken een aanzienlijke ziektelast bij zowel dieren als mensen en gebruiken vaak suikers om aan cellen te binden voordat ze infecteren. Het vermogen van een virus om een gastheer te infecteren, evenals de specifieke organen die het kan infecteren en de daarmee samenhangende pathogeniciteit, wordt beïnvloed door het gastheer-specifieke repertoire van suikers en het vermogen van het virus om aan deze suikers te binden. Wij zullen de virus-suiker interacties in de luchtwegen, het maag darmkanaal en het centrale zenuwstelsel in kaart brengen. Onze bevindingen zullen surveillancestrategieën voor potentiële zoönotische virussen informeren en risicobeoordelingen voor de publieke gezondheid verbeteren.

prof. dr. S. McGowan¸ NIOO, KNAW
Mede-aanvragers: dr. R.S. (Robert) Jansen; dr. A.J. (Annelies) Veraart; dr. P.L.E. (Paul) Bodelier; prof. dr. F. (Friederike) Wagner-Cremer

De huidige toename van atmosferisch methaan komt grotendeels door een verstoorde balans tussen microbiële productie en afbraak. Methaanuitstoot uit opwarmende arctische meren vormt hierbij een belangrijk zelfversterkend proces. Maar, naast opwarming veranderen in arctische meren ook de hoeveelheid organisch koolstof, en de toevoer van zeldzame aardmetalen zoals lanthaniden vanuit gletsjerstof. De recente ontdekking van lanthaan-afhankelijke enzymen in methaan-consumerende bacteriën laat zien dat methaan-consumptie mogelijk samenhangt met de beschikbaarheid van zeldzame aardmetalen. Dit team van microbiologen, ecologen, en paleogeologen zal de impact van DOM en zeldzame aardmetalen op de methaancyclus in kaart brengen, van de betrokken genen tot de Groenlandse ecosystemen.