Ontwikkeling coronavaccins is Doorbraak van het Jaar

Laurien Onderwater

2020-12-22 15:00:00

doorbraak

Traditioneel sluit vakblad Science het jaar af door de Breaktrough of the Year te kiezen. Dit keer was het geen verrassing welk wetenschappelijk onderzoek als dé doorbraak zou worden bestempeld.

Ook in de Europese Unie is het eerste coronavaccin, van Pfizer/BioNTech, goedgekeurd. Dat maakte het Europees Geneesmiddelenbureau EMA gisteren bekend. Het is het eerste coronavaccin dat in de EU beschikbaar komt. Emer Cooke, directeur van de EMA, noemde de goedkeuring een “historische wetenschappelijke prestatie”. Daar is het wetenschappelijke tijdschrift Science het volledig mee eens, want het benoemde de snelle ontwikkeling van coronavaccins de belangrijkste wetenschappelijke doorbraak van 2020.

Doorbraak 2020

In november leek er eindelijk goed coronanieuws te zijn: zowel farmaceut Moderna als Pfizer had een veelbelovend vaccin ontwikkeld tegen het virus. Inmiddels zijn we amper een maand verder en wordt het Pfizer-vaccin al toegediend in de Verenigde Staten en het Verenigd Koninkrijk, en zijn ook de eerste mensen in de VS ingeënt met het vaccin van Moderna.

Dat er in zo’n korte tijd werkende vaccins zijn ontwikkeld, vormt voor sommigen helaas de reden om zich niet te laten inenten. En dat terwijl er voor die snelle ontwikkeling een heel goede verklaring is. Vakblad Science ziet de vaccins als shots of hope. “De broodnodige vaccins tegen COVID-19, ontwikkeld en getest in recordtempo, zijn de doorbraak van 2020”, schrijft het op zijn website.

Lees hier meer over de runners-up.

CRISPR-Cas-behandeling

Mensen met de erfelijke sikkelcelziekte hebben chronische bloedarmoede doordat het hemoglobine – het eiwit dat verantwoordelijk is voor de zuurstoftransport – is veranderd. Ook bèta-thalassemie is een erfelijke bloedziekte waarbij patiënten aan chronische bloedarmoede lijden, doordat het lichaam hemoglobine niet goed aanmaakt.

Voor beide aandoeningen is er nog geen genezing mogelijk, maar gentherapie is veelbelovend. Vooral de DNA-bewerkingsmethode CRISPR-Cas lijkt bij uitstek geschikt, omdat wetenschappers genen kunnen aan- en uitzetten. Dat hebben Amerikaanse en Zwitserse onderzoekers dan ook gedaan dit jaar bij  patiënten met thalassemie en sikkelcelziekte.

Artsen isoleerden uit hun beenmerg bloedstamcellen die tot elk type bloedcel kunnen uitgroeien. Die pasten ze met CRISPR-Cas op genetisch niveau aan, zodat ze voortaan het juiste hemoglobine zouden aanmaken. Achtergebleven stamcellen – die nog het verkeerde zuurstoftransporteiwit aanmaakten – werden vernietigd met chemotherapie. Vervolgens plaatsten artsen de nieuwe, genetisch aangepaste bloedcellen terug.

De behandeling sloeg aan: de patiënten hadden geen pijn en geen bloedtransfusies meer nodig wat CRISPR-Cas een veelbelovende therapie voor erfelijke bloedziekten maakt. Het grote nadeel is echter het ‘prijskaartje’, want de behandeling kan tot 1 miljoen dollar per persoon kosten.

Snelle radioflitsen

Astronomen breken zich al geruime tijd het hoofd over Fast Radio Bursts (FRB’s): uitbarstingen van radiostraling die enkele milliseconden duren. Hun korte duur maakt ze niet alleen moeilijk te meten, achterhalen waar zo’n flits vandaag komt, is al helemaal een kunst. Toch is een groot team van sterrenkundigen daar nu in geslaagd. Het herleidde een krachtige FRB naar een neutronenster die zich in onze Melkweg bevindt.

Het team pikte op 28 april 2020 het signaal op van een FRB met de enorme CHIME-telescoop (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) die bestaat uit vier ‘halfpipes’ van 100 x 20 meter. De snelle en intense uitbarsting van radiostraling voerden de sterrenkundigen terug naar een magnetar – een neutronenster met een extreem krachtig magneetveld – in de Melkweg. Het is voor het eerst dat sterrenkundigen een FRB meten die afkomstig is van ons eigen sterrenstelsel.

doorbraak magnetar fast radio burst
Illustratie van een magnetar. © McGill University Graphic Design Team

Supergeleiding op kamertemperatuur

Het is de droom van veel natuurkundigen: een materiaal dat niet bij extreem lage temperaturen elektriciteit geleidt zonder enige elektrische weerstand. Het probleem met de huidige supergeleidende materialen is dat ze alleen werken bij zeer lage temperaturen, tot ver onder de 200 kelvin (circa -73 graden Celsius).

Dat euvel zouden onderzoekers van de Universiteit van Rochester hebben verholpen. Ze creëerden onder hoge druk een materiaal dat supergeleidende eigenschappen heeft bij kamertemperatuur. Het team liet onder extreem hoge druk waterstof met koolstof en zwavel fotochemisch reageren en verkreeg zo het materiaal koolstofhoudende zwavelhydride. Bij ruim 14 graden Celsius had het supergeleidende eigenschappen. En dat is nog nooit eerder gelukt.

Helemaal zijn ze er echter nog niet. De onderzoekers hebben namelijk het ene probleem (zeer lage temperaturen) voor het andere (zeer hoge druk) omgeruild. Het team wil daarom in vervolgonderzoek achterhalen hoe het koolstofhoudende zwavelhydride supergeleidend kan maken op kamertemperatuur zonder dat het onder hoge druk moet staan. 

Slimme vogeltjes

Kraaien zijn intelligente vogels, dat staat buiten kijf, maar hebben ze ook een bewustzijn? Van een aantal zoogdieren is bekend dat ze een primair of zintuiglijk bewustzijn hebben: ze reageren bewust op de wereld om zich heen en hebben een gevoel van ‘het nu’. 

Maar ja, was lange tijd de redenering, zoogdieren hebben dan ook een hersenschors (of cerebrale cortex), de plek waarvan we aannemen dat het bewustzijn zoals wij dat kennen zetelt. Zo’n cerebrale cortex met een complexe en gelaagde structuur zou in het brein van vogels ontbreken. Toch hebben onderzoekers in de hersenen van twee kraaien nu voor het eerst bewust gedrag gemeten.

Bovendien ontdekte een ander wetenschapsteam dit jaar dat postduiven en uilen ook een complexe hersenstructuur bevatten. Lang was de gedachte dat vogelhersenen gerangschikt waren in eenvoudige clusters van zenuwcellen. Maar met een 3D-beeldvormingstechniek zagen de wetenschappers dat de zenuwen in de voorhersenen van de twee vogelsoorten zowel horizontaal als verticaal met elkaar verbonden zijn. Dat deel van de vogelhersenen lijkt dus erg op de gelaagde structuur van de menselijke hersenschors.

AI voorspelt 3D-eiwitvouwing

Voorspellen hoe een keten van aminozuren zich zal vouwen tot een eiwit wordt een beetje als de heilige graal in de biologie beschouwd. Als op basis van de samenstelling van een eiwit de 3D-structuur correct kan worden voorzien, kunnen onderzoekers namelijk uitvogelen wat die eiwitten doen, hoe ze in de knoop raken en zo aandoeningen als de ziekte van Parkinson veroorzaken.

Maar met twintig aminozuren om uit te ‘kiezen’, zijn er enorm veel manieren waarop een doorsnee eiwit – bestaande uit een paar honderd aminozuren – zich kan vouwen. Deze kwestie staat al ruim vijftig jaar bekend als het eiwitvouwprobleem. Gelukkig helpt het kunstmatige intelligente systeem AlphaFold wetenschappers uit de brand. Het heeft slechts een paar uur nodig om zo’n 3D-structuur te voorspellen en doet dat al behoorlijk accuraat.

doorbraak
AlphaFold en AlphaFold2 werden geëvalueerd met de Global Distance-test. Die beoordeelt welk percentage aminozuren in de eiwitketen zich binnen een drempelafstand van de juiste locatie bevindt. In 2018 was dat 58 procent, in 2020 bijna 90 procent. © Nature/DeepMind

Wetenschappers staan op tegen racisme

2020 zal niet alleen de boeken in gaan als pandemiejaar, maar ook als het jaar waarin de kreet Black Lives Matter! vaker werd uitgeroepen dan ooit. De gewelddadige moord op George Floyd was hierbij de aanleiding. Racisme is helaas nog steeds de wereld niet uit. Ook in de wetenschap worden vaak onderzoekers van kleur gediscrimineerd, en bovendien zijn ze ondervertegenwoordigd.

Als reactie daarop zijn dit jaar veel social media-evenementen ontstaan om aandacht te vragen voor dit probleem. (Zoek maar eens op #BlackBirdersWeek of #BlackBotanistsWeek.) En hoewel het te vroeg is om te zeggen of de gebeurtenissen van dit jaar een blijvende verandering zullen veroorzaken, zijn velen hoopvol. “Veel wetenschappers lijken nu wel meer open te staan ​​voor het idee dat systemisch racisme een probleem is in hun gemeenschap”, zegt Shirley Malcom, werkzaam bij AAAS (uitgever van Science), die sinds de jaren zeventig aan diversiteit, gelijkheid en inclusie werkt. En dat is ook een doorbraak.

Klimaatgevoeligheid

Voorspellen hoeveel de aarde opwarmt als mensen broeikasgassen blijven uitstoten, is geen sinecure. Veertig jaar geleden kwamen klimaatwetenschappers uit op ergens tussen de 1,5 en 4,5 graden Celsius. Dit jaar hebben onderzoekers van de University of New South Wales die zogeheten klimaatgevoeligheid – de temperatuurverandering die optreedt als het aardse klimaat uit evenwicht wordt gebracht – verscherpt.

Ze stellen dat als de CO2-concentratie in de lucht verdubbelt ten opzichte van de concentraties vóór de industriële revolutie, de aarde tussen de 2,6 en 4,1 graden Celsius zal opwarmen. En als de mens zo door blijft gaan met de uitstoot van broeikasgassen zal die verdubbeling al binnen vijftig tot zestig jaar zijn bereikt.

’s Werelds oudste grotschildering

Eind vorig jaar ontdekten archeologen in een grot op het Indonesische eiland Sulawesi een afbeelding van een jachttafereel. De schildering toont kleine figuren die speren naar dieren werpen. Het kunstwerk zou bijna 44.000 jaar geleden zijn gemaakt en is daarmee het oudste ooit ontdekt. Die leeftijd bepaalden onderzoekers aan de hand van uraniumatomen in kalkafzettingen op de tekeningen.

doorbraak
Het jachttafereel in de grot op Sulawesi. © Ratno Sardi

De hiv-elite

Hiv is een retrovirus: het heeft de vervelende eigenschap zich te verbergen in onze immuuncellen. Het dringt de cellen binnen, zet zijn erfelijke materiaal (RNA) om in DNA en bouwt dit in het menselijke DNA. Zo kan het virus zich blijven vermenigvuldigen in een cel. Bovendien blijft het onder de radar voor het afweersysteem. Maar waar het virus zich verbergt, kan heel veel uitmaken, ontdekten onderzoekers van het Ragon Institute.

Ze voerden een studie uit onder 64 hiv-patiënten die al jaren gezond zijn zonder antiretrovirale medicijnen te nemen, de zogeheten elite controllers. Het team vond een verband tussen het zeldzame succes van de elite controllers en waar het virus zich in hun genen heeft gevestigd.

Bronnen: Science, Nature, The Guardian, NEMO Kennislink

Openingsbeeld: iStock/Getty Images

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK! 



Podcast KIJK en luister via JUKE







Meer Nieuws

KIJK editie 11 - 2021
Nieuwste editie

Met onder andere: Worden robots ooit autonoom? - Bijdehante beestjes - Tech-toys