Twee jonge scheikundigen halen Marie Curie-subsidie binnen
Het Leiden Institute of Chemistry (LIC) krijgt er twee talentvolle jonge scheikundigen bij. Bela Bode en Michele Pavanello hebben beide een Marie Curie-subsidie gekregen. Bode gaat elektrontransport in fotosynthese onderzoeken en Pavanello gaat met een computermodel voor ladingtransport in grote moleculen aan de slag.
Marie Curie-subsidies
Met de Marie Curie-subsidies stimuleert de Europese Commissie jonge wetenschappers om hun wetenschappelijke carrière te ontwikkelen. Binnen de subsidies zijn verschillende varianten. Bode kreeg een IEF (Intra-European Fellowship) toegekend, bedoeld voor wetenschappers die binnen Europa in een ander land onderzoek willen doen. Pavanello ontving een IIF (International Incoming Fellowship), voor wetenschappers die vanuit een land buiten Europa onderzoek willen doen in Europa. Beide subsidies zijn voor een project van 24 maanden, en zullen in de loop van dit jaar starten.
Eénbaansweg bij fotosynthese
Bode, geboren in Duitsland, promoveerde in 2008 aan de Goethe Universiteit in Frankfurt am Main. Sinds 2009 maakt hij deel uit van de groep van Jörg Matysik in het LIC. In zijn project gaat hij de eerste stappen van fotosynthese onder de loep nemen.
Efficiëntie
Fotosynthese wordt door planten en bacteriën gebruikt om energie uit zonlicht te halen. De efficiëntie waarmee dit gebeurt, wordt bij lange na niet door kunstmatige zonnecellen gehaald. Om het natuurlijke proces te kunnen kopiëren, zullen we fotosynthese eerst volledig moeten begrijpen. In de eerste fase van dit proces transporteren elektronen de energie uit het inkomend licht naar reactiecentra, waar deze wordt omgezet in chemische, bruikbare energie. Dit elektronentransport gaat Bode onder de loep nemen.
Asymmetrisch
‘Eiwitten waarin elektronen worden getransporteerd zijn symmetrisch’, vertelt Bode. ‘Ze bevatten twee paden waarlangs elektronen zouden kunnen bewegen. Maar bij de meeste eiwitten wordt slechts één pad gebruikt. Ik wil weten waarom de natuur de eiwitten zo heeft gemaakt dat één pad onbenut blijft, terwijl dit pad er hetzelfde uit ziet als het andere.’
Nieuwe methode
Tientallen jaren zijn al gestoken in het onderzoek naar fotosynthese. Maar Bode gaat gebruik maken van de nieuwe methode laser-flash photo-CIDNP MAS NMR, waarmee de groep van Matysik onlangs nog een publicatie in PNAS haalde. Bode: ‘Het is een nieuwe benadering van een oud probleem. En al levert het maar een klein beetje begrip op binnen een groot probleem, alle stukjes moeten begrepen worden om fotosynthese in zijn geheel te snappen. Het leuke aan dit project vind ik om de dingen die ik tijdens mijn promotieonderzoek heb geleerd toe te passen volgens een nieuwe methode, in een stimulerende omgeving als Leiden.’
Rekenen aan ladingverkeer
Het project van de Italiaan Michele Pavanello staat niet zo heel ver weg van dat van Bode. Pavanello, die nu zijn promotieonderzoek aan het afronden is aan de universiteit van Arizona, sluit zich in de loop van dit jaar aan bij de groep van Johannes Neugebauer. Hij gaat kijken naar hoe elektronen zich binnen moleculen verplaatsen. Dat kan bijvoorbeeld helpen bij het begrip van fotosynthese, maar Pavanello gaat vooral kijken naar grote moleculen als DNA.
Complex
Om dit te doen gaat hij tijdens zijn project een computermodel ontwikkelen waarmee je elektronverkeer in grote moleculen kunt nabootsen. Dat is tot nu toe altijd erg lastig gebleken. Het aantal elektronen in die moleculen is erg groot, en ze volgen bovendien de wetten van de kwantummechanica. Dit maakt berekeningen ontzettend complex, wat de rekenkracht van computers te boven gaat. Benaderingen gebruiken is dan nodig.
Deelproblemen
Pavanello heeft als doel een eenvoudiger model te maken. Hij gaat aan de slag met een slimme benadering, de FDE-methode (Frozen Density Embedding). FDE splitst een groot probleem in kleine deelproblemen die, nadat ze afzonderlijk zijn uitgerekend, weer bijeengevoegd kunnen worden. ‘Zodoende kunnen kwantummechanische effecten uitgelegd worden in systemen die momenteel onmogelijk te beschrijven zijn’, licht zijn begeleider Neugebauer toe.
Tumoren
Ladingtransport is een belangrijk proces. Bijvoorbeeld bij het ontstaan van huidkanker. ‘In de zon wordt je huid gebombardeerd door UV-licht’, legt Pavanello uit. ‘Fotonen uit dit licht duwen elektronen uit het DNA van je huidcellen. Hierdoor wordt een DNA-molecuul positief geladen. Om dit probleem op te lossen wordt de lading naar een ander deel van het molecuul getransporteerd. Dit deel kan de overtollige lading doen verdwijnen door zichzelf chemisch aan te passen. Iets wat we kennen als een DNA-mutatie, de veroorzaker van tumoren. Met het nieuwe model kunnen we een flinke stap voorwaarts zetten in het al meer dan twintig jaar durende onderzoek naar ladingtransport in DNA.’
Zie ook: Drie Marie Curie-subsidies voor jonge natuurkundigen (Universitaire Nieuwsbrief 12 januari 2010)