IRP vouchers voor twaalf interdisciplinaire onderzoeksteams

CellFlucsTEST: Cells Exploit Fluctuations To Enable State Transitions

Hendrik Marks (RIMLS), Maike Hansen (IMM), Yuliya Shapovalova (ICIS), Gabriel Bucur (ICIS)

Cellen in het vroege embryo ondergaan een reeks beslissingen over hun bestemming; tot wat voor cel de stamcel ontwikkelt. 'Ruis' in genexpressie, een fenomeen dat wordt verklaard als een drijvende kracht bij overgangen tussen celtypen, ontstaat door schommelingen in de hoeveelheden mRNA die een cel tot expressie brengen. Deze ruis lijkt de vereiste plasticiteit te creëren voor stamcellen tijdens differentiatie. Daarom is het cruciaal om te begrijpen hoe cellulaire ruis wordt gereguleerd. Dit project zal verder onderzoeken welke netwerken schommelingen reguleren tijdens overgangen tussen celtypen en hoe deze schommelingen kunnen worden gebruikt om de overgangen te beheersen, manipuleren en voorspellen.

Towards accurate detection of greenhouse gas emission from wastewater treatment plants

Amir Khodabakhsh (IMM), Roderik Krebbers (IMM), Kees van Kempen (IMM), Simona Cristescu (IMM), Annelies Veraart (RIBES), Lisanne Hendriks (RIBES), Ralf Aben (RIBES), Christian Fritz (RIBES), Sarian Kosten (RIBES), Sebastian Lücker (RIBES), Laurens Landeweerd (ISIS), Laurens Sluyterman (IMAPP), Eric Cator (IMAPP), Floor van Schie (Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier), Eric van der Zandt (Hoogheemraadschap de Stichtse Rijnlanden), Mike Mirov (IPG Photonics Corporation), Ehsan Mohammad Pajooh (Jaeger Umwelt-Technik)

Afvalwaterzuiveringsinstallaties (AWZI's) dragen bij aan de uitstoot van broeikasgassen, zoals CO2, CH4, en met name het krachtige N2O. Er zijn echter maar weinig experimentele studies die rapporteren over andere klimaatactieve gassen die worden uitgestoten door AWZI's. Daarnaast zijn uitstootgegevens van broeikasgassen met voldoende ruimtelijke en temporele dekking schaars. Om dit hiaat op te lossen, maakt dit project gebruik van een nieuwe 'open pad multigassensor die AWZI’s op grote schaal kan detecteren. Deze techniek maakt het mogelijk om meerdere gassen en vluchtige stoffen tegelijk en realtime te meten en de BKG-emissies voor verschillende AWZI's te kwantificeren. Hiermee maakt dit project een beter kwantitatief begrip mogelijk van de huidige emissies van broeikasgassen en verontreinigende stoffen die de volksgezondheid beïnvloeden. Een verbeterde inventarisatie van de uitstoot van broeikasgassen zal leiden tot betere besluitvorming over mitigatiestrategieën, een grondige evaluatie van nieuwe groene(re) technologieën en verbetering van regionale budgetten om emissie van broeikasgasssen te beperken. Dit biedt dus op de lange termijn voordelen voor zero-emissievisie en een gezondere leefomgeving.

Illuminating the ageing proteome: identifying protein-protein interactions of young and old proteins

Suzan Stelloo (RIMLS), Joep Joosten (IMM)

Dit project streeft naar de ontwikkeling van een innovatieve methode om verschillende eiwit-eiwit interacties gedurende de levensduur van deze eiwitten te detecteren. Eiwitten gaan vaak complexe netwerken aan met andere eiwitten en verstoring van deze eiwit-eiwit interacties kan tal van ziekten beïnvloeden, zoals kanker en neurodegeneratieve aandoeningen. Momenteel bestaat er geen methode om effectief eiwit-eiwit interacties van een doeleiwit tijdens de levensduur in levende cellen te identificeren. De methode die in dit project zal worden ontwikkeld, is gebaseerd op een nabijheidsafhankelijke labelingsstrategie (proximity labelling strategy) en de incorporatie van gelabelde onnatuurlijke aminozuren. Hierdoor wordt het mogelijk om "jonge" en "oude" eiwitten te onderscheiden en de interacties tussen nieuw gesynthetiseerde eiwitten en hun bindingspartners in kaart te brengen. De nieuwe techniek kan helpen bij het ophelderen van ziektemechanismen, de identificatie van therapeutische doelen en de ontwikkeling van nieuwe behandelingen.

Small-scale input, large-scale data: Compartment- and organelle specific proteomics in neurons

Koen Kole (DCN), Balaji Srinivasan (RIMLS), Pascal Jansen (RIMLS)

Het endoplasmatisch reticulum (ER) is het grootste organel in zoogdiercellen. Het ER wordt in neuronen aangetroffen als een continu netwerk in alle uitlopers (axonen en dendrieten). Omdat axonen en dendrieten significant in functie verschillen, heeft het ER waarschijnlijk ook verschillende functies in elk deel van de cel. Inzicht in de eiwitsamenstelling in het ER zal helpen om deze functies verder op te helderen. Het is echter onduidelijk hoe de eiwitsamenstelling van het ER verschilt tussen de verschillende celcompartimenten. Dit project zal microfluïdische kamers gebruiken om specifieke eiwitsamples te maken van axonen en dendrieten. Daarna worden de specifieke ER-eiwitten verkregen met nabijheidsafhankelijke biotinylering. Deze combinatie van technieken is nog niet eerder toegepast om het ER-specifieke proteoom - eiwitsamenstelling - van axonen en dendrieten te bestuderen. Door het onderzoeken van het proteoom binnen specifieke neurale compartimenten, zal dit project inzicht verschaffen in de rol van ER-stress bij neurale disfunctie in neurologische aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer, de ziekte van Huntington en de ziekte van Parkinson. 

Elucidating bacterial paracetamol biodegradation

Cornelia Welte (RIBES), Floris Rutjes (IMM), Marjan Smeulders (RIBES), Robert Jansen (RIBES), Peer Timmers (KWR Water Research Institute), Wiktoria Czumaj (RU Biology honors student)

Watervervuiling is een belangrijk milieuprobleem dat moet worden opgelost om de gezondheid van onze planeet te behouden. Dit project heeft tot doel bij te dragen aan de ontdekking van de microbiële afbraakroute van paracetamol. Paracetamol is een veelgebruikte pijnstiller en een belangrijke microverontreiniging in het milieu. Het is een belangrijke organische microverontreiniging (OMV) en hoopt zich op in oppervlaktewateren door ineffectieve verwijdering van OMV's. Interessant genoeg kan het biologisch worden afgebroken in sommige rioolwaterzuiveringsinstallaties, maar de verantwoordelijke micro-organismen en de metabolische route(s) voor de afbraak zijn onbekend. Diepgaande kennis over de biodegradatie van paracetamol is dringend nodig om de verwijdering ervan te verbeteren. Deze kennis zal helpen bij het ontwikkelen van bioremediatiestrategieën voor wateren die met paracetamol zijn vervuild.

Role of Foxe1 and alcohol exposure in the development of craniofacial abnormalities

Juriaan Metz (RIBES), Sophie Raterman (RIBES), Gert Jan Veenstra (RIMLS), Klaas Mulder (RIMLS) Hans von den Hoff (RUMC)

Afwijkingen in het aangezichtsskelet worden geassocieerd met mutaties in genen die betrokken zijn bij skeletontwikkelingsprocessen en met omgevingsfactoren zoals druggebruik, roken en drinken tijdens de zwangerschap. Het doel van dit project is om te begrijpen hoe interacties tussen een genetische risicofactor en een omgevingsrisicofactor leiden tot een abnormale ontwikkeling van het aangezichtsskelet. FOXE1 is een transcriptiefactor die betrokken is bij de correcte vorming van het gehemelte tijdens de craniofaciale ontwikkeling. De onderzoekers hebben een zebravis met foxe1-genmutatie gecreëerd en daarnaast wildtype en gemuteerde larven blootgesteld aan ethanol. In dit project zullen ze mechanismen bestuderen die betrekking hebben op de interacties tussen een genetische risicofactor (foxe1) en een omgevingsrisicofactor (ethanol) in het craniofaciale ontwikkelingsproces.

ORLEANS: Offline Reinforcement Learning for Sustainable Transportation at Sea

Nils Jansen (ICIS), Sacha Caron (IMAPP), Thiago D. Simão (ICIS), Gijs Slijpen (Alfa Laval)

De uitstoot van uitlaatgassen door schepen is een grote bron van milieuvervuiling, waarbij zwaveloxiden en kooldioxide twee van de belangrijkste verontreinigende stoffen zijn. Het reinigen van de uitlaatgassen van schepen is daarom cruciaal om de milieu-impact van zeetransport te verminderen. Alfa Laval produceert een uitlaatgasreinigingssysteem voor schepen onder de naam PureSOx. Dit systeem verwijdert zwaveloxiden en stelt schepen in staat om te voldoen aan internationale voorschriften voor uitlaatgassen door de uitlaatgassen met water te scrubben. Het ORLEANS-project heeft als doel de reinigingsprestaties (en de voordelen voor het milieu) van PureSOx verder te verbeteren door het huidige controlebeleid te optimaliseren met behulp van gespecialiseerde algoritmen, vooral op het gebied van safe offline reinforcement learning. Met zulke methoden is het moeilijk om op basis van historische sensordata nieuw controlebeleid te maken dat beter presteert dan de huidige methoden. Het project kan bijdragen aan een beter begrip van het gasreinigingssysteem, waardoor Alfa Laval en scheepsexploitanten betere operationele beslissingen kunnen nemen in het kader van duurzaamheid.

Unravelling the key drivers of animal movement

Marlee Tucker, Mark Huijbregts (RIBES), Tom Claassen (ICIS)

We bevinden ons momenteel in een biodiversiteitscrisis. Naarmate menselijke activiteiten toenemen, verandert het gedrag van dieren, met gevolgen voor zowel individuele dieren als diersoorten. Dit project richt zich op dierlijke beweging, wat het lot van individuen bepaalt en een sleutelrol speelt in de structuur en dynamiek van populaties, gemeenschappen en ecosystemen. De huidige methodologische benaderingen die worden gebruikt om te begrijpen wat de bewegingspatronen van dieren bepaalt zijn gebaseerd op correlatie - de relatie tussen beweging en variabelen zoals voedselbeschikbaarheid. Correlatieve benaderingen hebben echter beperkingen, omdat ze zowel potentiële oorzaak-gevolgrelaties negeren, als verstorende effecten tussen variabelen, en zelfs ongemeten variabelen. Het project zal verder gaan dan deze aanpak: het zal nieuwe causale ontdekkingsalgoritmen gebruiken om causale effecten te identificeren door het analyseren van statistische patronen in observatiegegevens. Dit is niet alleen belangrijk voor het begrijpen waarom dieren zich verplaatsen, maar ook voor het begrijpen van de verbanden tussen het gedrag van dieren, het milieu en de impact van mensen.

AI for broadband spectroscopy: How machine learning can help to find biomarker fingerprints to determine kidney haemodialysis efficiency?

Eric Cator, Laurens Sluijterman (IMAPP), Simona Cristescu, Amir Khodabakhsh, Roderik Krebbers (IMM), Peter Merkus (RadboudUMC), Mike Mirov, Sergey Vasilyev (IPG Photonics, USA)

Verlies van nierfunctie is een levensbedreigende aandoening die meestal wordt behandeld met hemodialyse of een niertransplantatie. Chronische nierziekte blijft vaak onopgemerkt totdat er aanzienlijke schade aan de nieren is. Daarom is vroegtijdige detectie van nierfalen cruciaal. Helaas zijn er momenteel geen vastgestelde biomarkers die een vroege identificatie van verslechterende nierfunctie mogelijk maken. Er zijn echter aanwijzingen dat bepaalde bestanddelen die verband houden met verslechterende nierfunctie aanwezig zijn in uitgeademde lucht. Omdat ademanalyse niet-invasief is, is deze benadering in het bijzonder interessant voor kinderen. Met dit project wordt beoogd een machine learning model te ontwikkelen dat in staat is om nauwkeurig de concentraties van verschillende bestanddelen in uitgeademde lucht te verkrijgen door gebruik te maken van het absorptiespectrum. Verwacht wordt dat het model zelfs zal werken bij aanwezigheid van ruis en spectrale interferentie.

Probing the bittersweet stress response of Mycobacterium tuberculosis

Robert Jansen (RIBES), Thomas Boltje (IMM), Jona Merx (IMM), Jakko van Ingen (RUMC), Pieter van der Velden (RIBES)

Tuberculose (TB) staat bovenaan de lijst van dodelijke infectieziekten en eist elk jaar meer dan 1,5 miljoen levens. Daarom is er dringend behoefte aan nieuwe methoden voor de diagnose van TB en de bepaling van medicijnresistentie. Mycobacterium tuberculosis (Mtb), de bacterie die TB veroorzaakt, heeft een specifieke levensstijl ontwikkeld. De bacterie heeft zich gespecialiseerd tot een obligaat pathogeen - een bacterie die altijd ziekmakend is - met mensen als enige gastheer. Daarom heeft Mtb metabole aanpassingen ontwikkeld om te kunnen omgaan met de stress die door het immuunsysteem wordt opgelegd. Onderzoekers in dit project hebben onlangs een nieuwe Mtb-specifieke stressreactiemetaboliet ontdekt: een verbinding van een bitter en een zoet molecuul. Deze verbinding is nog nooit eerder beschreven in een organisme; en de functie, biosynthese en afbraak ervan zijn volledig onbekend terrein. Dit project heeft als doel dit onbekende terrein te verkennen en wordt verwacht te leiden tot zeer impactvolle translationele resultaten.

Multi-scale dynamics and structural complexity of cortical neuronal activity

Federico Stella (DCN), Andrey Bagrov (IMM), Anna Kravchenko (IMM)

Veel cognitieve functies vereisen een voortdurende combinatie en herschikking van informatie die aanwezig is op verschillende locaties van de hersenschors, en voortdurende interacties tussen uitgestrekte neurale netwerken. Het meest prominente voorbeeld van functies die afhankelijk zijn van deze gedistribueerde dynamiek is geheugenconsolidatie. Dit bestaat uit de integratie van nieuwverworven ervaringen en het bijwerken van herinneringen van verschillende leeftijden. Dit project zal de kenmerken van patronen van neuronale activiteit op meerdere ruimtelijke schalen onderzoeken, door methoden uit de statistische mechanica van collectieve fenomenen toe te passen op een dataset van corticale beeldvorming bij dieren. Het voorstel maakt gebruik van uitgebreide corticale gegevens, die nu beschikbaar zijn door de snelle vooruitgang in grootschalige neurale opnames dat het afgelopen decennium is bereikt.

Can Question-Answering Systems make new discoveries in physics? An investigation into collaboration dynamics and epistemic authority

Sascha Caron (IMAPP), Henk de Regt (ISIS), Tom Claassen (ICIS/DaS), Kristian Gonzalez Barman (University of Ghent)

Dit project onderzoekt mogelijkheden voor de integratie van vraag-antwoord systemen in fundamenteel natuurkundig onderzoek. Vraag-antwoord systemen zijn door AI aangedreven interfaces die een breed scala aan informatietaken uitvoeren, voornamelijk in natuurlijke taal - denk aan ChatGPT of GPT-4. Deze technologieën hebben de potentie om het cognitieve vermogen van de mens te versterken, zoals beschreven in theorieën over uitgebreide cognitie, en banen de weg voor innovatieve interacties met complexe data. Het interdisciplinaire consortium zal zich richten op de synergetische dynamiek tussen toekomstige onderzoekers en vraag-antwoord systemen, waarbij de samenwerking tussen mens en AI-teams wordt benadrukt. Op deze manier wil het project afstappen van de huidige focus op autonome systemen. Hun onderzoek richt zich daarnaast op de manieren waarop wetenschappelijke ontdekkingen verband houden met de samenwerkingsdynamiek en de verdeling van epistemische autoriteit in mens-AI-teams.

Bekijk de foto's van de Voucher Award Ceremony op onze Facebookpagina.