Rotterdams Natuurkundig Genootschap

Jaarprogramma 2019

Going viral: Voorbereiding op een veranderende ziektedynamiek

2019-12-17 Bijeenkomst RNG Prof. Marion Koopmans

Mensen en dieren maken deel uit van een ecosysteem samen met een veelheid van bacteriën en virussen.

Een  belangrijk gevolg van het Antropoceen is de toename in het vóórkomen van virusziekte uitbraken als gevolg van meervoudige, globale veranderingen en ontwikkelingen die elkaar onderling beïnvloeden. Deze veranderingen kunnen processen uitlokken die het evenwicht van het ecosysteem verstoren, zodanig dat omstandigheden worden geschapen voor toenemende overdracht van virussen, overspringen naar nieuwe gastheren, en evolutionaire veranderingen die invloed hebben op de eigenschappen en het gedrag van virussen.

Momenteel worden deze ziektes onderzocht met een relatief onderling onafhankelijke aanpak (bij voorbeeld humane vs. dierlijke vs. ecologische gezondheid, academisch onderzoek vs. onderzoek betreffende gezondheidszorg, publieke vs. private sector), en met de focus op specifieke ziekteverwekkers.

Holistische benaderingen met de blik op de toekomst zijn noodzakelijk om gezondheid en ziekte van mens en dier te onderzoeken, in de context van het ecosysteem waarin zij leven, ter voorbereiding op een integrale aanpak ter voorkoming en bestrijding van deze ziektes.

Wij zullen in de lezing de veranderende ziektedynamiek bespreken kijkend naar recente voorbeelden, en nieuwe uitgangspunten voor onderzoek bediscussiëren die nodig zijn om ons voor te bereiden op de toekomst.

Prof. Dr. Marion P.G. Koopmans (Erasmus Medisch Centrum Rotterdam)

Prof. Dr. Marion P.G. Koopmans heeft sterk bijgedragen aan de bestrijding van uitbraken van ebola, zika en coronavirussen. Ze is een wereldleider binnen het onderzoek naar virusverspreiding en ze zorgt dat de resultaten worden toegepast. Om besmettingstrajecten in kaart te brengen, maakt Koopmans gebruik van de genetische variatie in virussen. Ze is de initiatiefnemer van het wereldwijde NoroNet-netwerk voor onderzoek aan norovirussen: beruchte verwekkers van buikgriep. Als adviseur bij de Gezondheidsraad en de WHO speelt ze een belangrijke rol bij de bestrijding van infectieziekten. In 2018 kreeg ze de NWO-Stevinpremie van 2,5 miljoen euro, de hoogste onderscheiding in de Nederlandse wetenschap.

Spreker: Prof. Dr. Marion P.G. Koopmans (Erasmus Medisch Centrum Rotterdam)
Datum: 17-12-2019
Tijd: 19:30u

Minidarmpjes voor behandeling van taaislijmziekte of cystic fibrosis (CF)

2019-11-19 Bijeenkomst RNG Prof. Jeffrey Beekman

‘It is life, Jim, but not as we know it’: een uitspraak van Dr. Spock uit Star Trek wanneer ze in hun ruimteschip in de 24e eeuw een nieuwe vorm van leven tegenkomen. Ik vind Science fiction leuk, vooral ook om te merken hoe ‘science’ de ‘fiction’ inhaalt. Met mijn wetenschapsteam kweken we miniatuur orgaantjes in het laboratorium om ziekte en behandeling daarvan na te bootsen. Behoorlijk Science fiction, maar het is inmiddels zo’n routine dat we er niet eens meer bij stilstaan.

Zo’n 8 jaar geleden ontdekten we dat minidarmpjes van mensen met taaislijmziekte of cystic fibrosis (CF) niet kunnen zwellen. CF is een dodelijke, erfelijke ziekte waarbij een zoutkanaal in de wand van de cel niet functioneert en het ontbreken ervan verstoort het vloeistoftransport in veel organen en zo ook in de gekweekte minidarmpjes.

Nieuwe medicijnen voor CF kunnen voor het eerst de kern van CF behandelen en met spectaculaire resultaten. Helaas werken deze medicijnen per patiënt anders, en momenteel zijn ze pas voor de helft van de 1500 Nederlandse patiënten beschikbaar. Andere patiënten hebben mogelijk ook baat van deze levensreddende medicijnen, maar het is te duur om iedereen een proefbehandeling te geven. Hier bieden de gekweekte minidarmpjes in het laboratorium een oplossing. CF minidarmpjes zonder medicijn zwellen niet, maar af en toe zien we dat minidarmpjes na behandeling met medicijnen wel gaan zwellen. De verwachting is dat de persoon van wie het minidarmpje is ook gaat reageren op het medicijn. Dat blijkt ook zo te zijn, deze persoonsgebonden laboratorium test voor CF medicijnen is dus echt voorspellend voor de kliniek. De eerste patient werd al binnen vier jaar na ontdekking van de zwellende minidarmpjes geselecteerd, echt iets om met zijn allen trots op te zijn! Nu zijn we het model wereldwijd aan het implementeren.

Ik kweek die minidarmpjes niet zelf, maar zit veelal achter mijn computer stukken te schrijven. Inmiddels is mijn team ook druk om de concepten voor CF voor andere ziekten toe te passen met andere type kweekmodellen. Ik loop wel eens het lab op om te kijken wat iedereen doet. Kweekkasten, een grote lasermicroscoop, een computerscherm met groen gekleurde zwellende of ronddraaiende mini-orgaantjes als levende labvarianten van individuele patiënten. Het zou zo een set kunnen zijn van Star Trek, denk ik weleens. Ik hoor Dr Spock al turend door de microscoop zeggen: ‘It’s life Jeff, but not as we know it’.

Spreker: Prof. Dr. J.M. Beekman

Prof. Dr. J.M. Beekman (1977) studeerde en promoveerde aan de Universiteit Utrecht in de moleculaire biologie en leidt sinds 2010 translationeel onderzoek naar taaislijmziekte bij de afdeling kinderlongziekten / allergologie van het Wilhelmina kinderziekenhuis (onderdeel van UMC Utrecht). Sinds 2019 is hij hoogleraar cellulaire ziektemodellen.

Spreker: Prof.dr. J.M. Beekman (Universitair Medisch Centrum Utrecht)
Datum: 19-11-2019
Tijd: 19:30u

Hoe zout water een open rivierarm binnendringt

2019-10-15 Bijeenkomst RNG Prof. Huub Savenije

Uitnodiging tot het bijwonen van de voordracht op Dinsdag 15 oktober 2019 om 19:30 uur in het gebouw van het Erasmiaans Gymnasium, Wytemaweg 25 in Rotterdam.

Een estuarium is de geleidelijke overgang van een rivier naar de zee. Het bijzondere eraan is dat estuaria niet alleen eigenschappen hebben van rivier en zee, maar veeleer een unieke combinatie van deze eigenschappen. Deze combinatie vormt een uniek milieu voor ecosystemen, biodiversiteit en menselijk gebruik. Niet voor niets zijn veel van de grootste steden van de wereld gelegen aan een estuarium.

In een alluviaal (natuurlijk) estuarium verloopt het zoutgehalte in bovenstroomse richting geleidelijk van zout naar zoet. Het zoutgehalte is bepalend voor het ecosysteem, de biodiversiteit en het menselijk gebruik. Door middel van de gecombineerde water- en zoutbalans kunnen we dat verloop berekenen, maar daarvoor missen we één belangrijke vergelijking die het menggedrag van zoet en zout water beschrijft. In de literatuur zijn daarvoor meerdere semi-empirische vergelijkingen, maar de meest betrouwbare – en tegelijk meest simpele – vergelijking is die van Van der Burgh (1972). Deze vergelijking is in een groot aantal estuaria over de hele wereld succesvol toegepast (Savenije, 2005).

Het heeft mij altijd gefascineerd dat een zo eenvoudige empirische vergelijking niet afgeleid kon worden uit een fundamentele natuurkundige wet. Omdat de theorie al gebruik maakt van alle fysische balansvergelijkingen, was de enige voor de hand liggende kandidaat voor de ontbrekende vergelijking de 2de wet van de thermodynamica, die richting geeft aan energiedissipatie. Recentelijk heb ik hier stappen in kunnen zetten, waarbij de theorie verfijnt is en het voorspellend karakter van de oorspronkelijke Van der Burgh betrekking is verbeterd.

In de lezing zal ik de theorie eenvoudig samenvatten en de toepassing ervan rijkelijk illustreren met voorbeelden uit verschillende continenten.

Spreker:

Prof. Dr. Huub Savenije (1950) studeerde en promoveerde in de Hydrologie aan de Technische Universiteit Delft. Hij werkt tevens al sinds 1998 als onderzoeker bij University of Zimbabwe en op diverse andere buitenlandse universiteiten. Hij was onder meer voorzitter van zowel de European Geophysical Society afdeling Hydrological Sciences en van de IAHS (International Association of Hydrological Sciences). Zijn onderzoek richt zich speciaal op de hydrodynamica en de zoutindringing in estuaria, Water Resources Management en atmosferische vochtcirculatie.

Spreker: Prof. Dr. Huub Savenije (Technische Universiteit Delft en Unesco-IHE Delft)
Datum: 15-10-2019
Tijd: 19:30u

Deep learning: een doorbraak in lerende computers

2019-04-16 Bijeenkomst RNG Dr. P. Bloem

Kunstmatige intelligentie is veel in het nieuws. Sinds 2012 worden er regelmatig nieuwe doorbraken aangekondigd. Computers kunnen tegenwoordig feilloos objecten en mensen herkennen, overtuigend menselijke spraak verstaan en genereren en de beste spelers ter wereld verslaan in Go en Schaak. Stuk voor stuk problemen waarvan onderzoekers 10 jaar geleden nog het idee hadden dat het nog decennia zou kosten om ze op te lossen.

deep learning

De doorbraak kwam door een groep methoden en inzichten die gezamenlijk de naam deep learning hebben gekregen. De eerste stappen in het vakgebied werden al  in de jaren 50 gezet, maar pas in de laatste 10 jaar zijn deze ontwikkelingen echt tot bloei gekomen.

Deze lezing zal een korte uitleg bieden van de vakgebieden kunstmatige intelligentie, machine learning en deep learning. Ik zal ingaan op een aantal details van deep learning om een beeld te schetsen van hoe deze methoden werken, en proberen de huidige ontwikkelingen in een sociaal kader te plaatsen.

Spreker: Dr. Peter Bloem (Vrije Universiteit Amsterdam Machine Learning)

Dr. Peter Bloem (1983) studeerde en promoveerde in de kunstmatige intelligentie aan de Universiteit van Amsterdam. Hij werkt als onderzoeker bij de Vrije Universiteit, waar zijn onderzoek zich richt op de synthese van kennisrepresentatie en machine learning en het gebruik van schaarse connecties in machine learning modellen.

www.peterbloem.nl

 

 

 

Spreker: Dr. P. Bloem (VU)
Datum: 16-04-2019
Tijd: 19:30u

Van kanker, thermodynamica en wijn

2019-03-19 Bijeenkomst RNG M. Heinemann van kanker, thermodynamica en wijn

LET OP: DE AANVANG VAN DE LEZING IS OM 19:00u !!

Onderzoekers zitten al tientallen jaren met de vraag waarom gistcellen ethanol produceren. Volgens Prof. Heinemann is de oplossing mogelijk dat gistcellen de productie van ethanol gebruiken als uitlaatklep voor een overmaat aan energie. Stel dat dit waar is, dan heeft dit verreikende gevolgen omdat dit ook verklaart waarom kankercellen energie verspillen door de productie van lactaat, het zgn. Warburg effect.

Cellen gebruiken voedingsstoffen zoals glucose om nieuwe cellen te maken. Soms wordt een deel van de voedingstoffen echter verspild. Een gistcel waarmee bier gemaakt wordt, breekt bijvoorbeeld glucose af naar ethanol in plaats van kooldioxide. Deze omzetting van een koolstofmolecuul met zes koolstofatomen naar een koolstofmolecuul met twee koolstofatomen in plaats van kooldioxide betekent dat een deel van de energie die in glucose zit, niet wordt gebruikt. Evolutie zou een einde maken aan deze vorm van energieverspilling en dat is de reden dat biologen naar een verklaring zoeken. Dit gedrag komt ook voor in andere cellen zoals kankercellen. Deze snelgroeiende cellen scheiden net als veel bacteriën lactaat af, ook een vorm van energieverspilling. Is hier een vergelijkbare oorzaak voor?

Prof. Heinemann zal vertellen over zijn onderzoek naar het metabolisme van de cel, de chemische reactieketen die verantwoordelijk is voor de bouwstenen van nieuwe cellen, door toepassing van de thermodynamica in E. coli en bepaalde gistcellen. Zijn onderzoek toonde aan dat cel metabolisme kennelijk een bovengrens heeft waarbij het nog kan functioneren.

De ontdekking waardoor cellen de overmaat aan energie verspillen, brengt een opmerking van Erwin Schrödinger’s boek ‘What is Life’ in gedachte: de essentie van metabolisme is dat het organisme er in slaagt om zichzelf te ontdoen van het teveel aan entropie die wordt geproduceerd als het leeft. Hier zou volgens Heinemann aan toegevoegd moeten worden: er is een bovengrens aan de hoeveelheid entropie waarvan cellen zich kunnen ontdoen en deze grens bepaalt hoe efficiënt cellen hun metabolisme kunnen uitvoeren.

Spreker: Professor M. Heinemann (RUG)
Datum: 19-03-2019
Tijd: 19:00u

Geneesmiddelen in de watercyclus: een vierde zuiveringsstap in de afvalwaterzuivering?

Naar schatting wordt in Nederland per jaar minstens 140 ton geneesmiddelen via de rioolwaterzuivering op het oppervlaktewater geloosd. De hoeveelheid geneesmiddelen is beduidend groter dan de hoeveelheid gewasbeschermingsmiddelen die in het oppervlaktewater terecht komt (17 ton). Restanten van geneesmiddelen zijn ook in het grondwater gemeten. Daarmee vormen ze een bedreiging  voor de chemische en ecologische kwaliteit van het water, en een bedreiging voor de drinkwaterbronnen. Er zijn meerdere mogelijkheden om dit probleem op te lossen. Aanpak bij “de bron” is een eerste vereiste: bronbescherming via regelgeving, green pharmacy (geneesmiddelen die afbreekbaar zijn), terugbrengprogramma’s bij apotheken, gerichte zuivering bij ziekenhuizen en zorginstellingen, etc. Ook behandeling van huishoudelijk afvalwater kan een oplossing bieden: ca. 80% van de geneesmiddelenbelasting  bereikt het oppervlaktewater via effluent van de afvalwaterzuivering. De vraag is dan: is de huidige afvalwaterzuivering toegerust op de verwijdering van dit soort stoffen, of zijn er aanvullende technieken nodig, bijvoorbeeld in de vorm van een vierde zuiveringsstap? En welke technieken zijn dat dan? En wat is de aanpak in de omringende landen, welke ervaringen zijn daar waar we van kunnen leren?

Prof. Jan Peter van der Hoek is Chief Innovation Officer bij het Amsterdamse watercyclus bedrijf Waternet en hoogleraar Drinking Water Engineering aan de Technische Universiteit Delft.

Hij studeerde Civiele Techniek aan de Technische Universiteit Delft met specialisatie Sanitary Engineering. Hij promoveerde aan de Landbouwuniversiteit Wageningen op het onderwerp “Combined ion exchange/biological denitrification for nitrate removal from ground water en voltooide een executive MBA opleiding aan TSM Business School Twente. Na vanaf 1988 gewerkt te hebben bij het adviesbureau TAUW InfraConsult en bij KWR Watercycle Research Institute, het onderzoeksinstituut van de Nederlandse drinkwaterbedrijven, werkt hij vanaf 1994 in Amsterdam, eerst bij het drinkwaterbedrijf van Amsterdam en vanaf 2006 bij Waternet, het watercyclusbedrijf van Amsterdam waar het drinkwaterbedrijf in is opgegaan. Daar houdt hij zicht bezig met strategie en beleid, en onderzoek en innovatie op het gebied van water.

Vanaf 2011 is hij hoogleraar Drinking Water Engineering. Zijn onderzoek richt zich op drinkwaterkwaliteit tijdens winning-zuivering-transport-distributie, gedrag van organische microverontreinigingen in de watercyclus, nieuwe concepten voor decentrale (drink)watervoorziening,  effect van klimaatverandering op de (drink)watervoorziening, en terugwinning van energie en grondstoffen uit de watercyclus. Jan Peter van der Hoek is voorzitter van het Bedrijfstakonderzoek van de Nederlandse drinkwaterbedrijven en is lid van commissie 1 van EurEau, de European Federation of National Water Services.

Spreker: Prof. Jan Peter van der Hoek (TU Delft)
Datum: 19-02-2019
Tijd: 19:30u

Waarom groene waterstof?

2019-01-15 Bijeenkomst RNG A. van Wijk Waarom groene waterstof

Professor Ad van Wijk is deeltijd Professor Future Energy Systems aan de TU Delft en ondernemer duurzame energie. Hij werkt voor KWR Waterresearch aan het onderzoeksprogramma Energie en Water. Hij is benoemd bij de Nieuwe Energie Coalitie om de groene waterstof economie in Noord Nederland te realiseren. In 1984 richtte Van Wijk het bedrijf Ecofys op dat werd opgenomen in Econcern. Econcern ontwikkelde veel nieuwe duurzame energieproducten, -diensten en –projecten, zoals de 120 MW offshore wind farm Princess Amalia in de Noordzee, verschillende multi-MW solar farms in Spanje en een bio-methanol plant in Delfzijl, de grootste tweede generatie biomassa installatie van de wereld.

Van Wijk won veel belangrijke prijzen voor excellent ondernemerschap zoals Nederlands entrepreneur van het jaar 2007. Aan de TU Delft geeft Van Wijk vooral aandacht aan energiesystemen van de toekomst. Speciaal zal hij onderzoek doen naar waterstof en brandstofcel auto’s en hij zal tegelijkertijd ‘’The Green Village’’ realiseren. www.thegreenvillage.org. Van Wijk schreef verscheidene boeken over energie en duurzaamheid. www.profadvanwijk.com

 

Titel lezing: Waarom Groene Waterstof?

Groene waterstof is een belangrijke sleutel voor de energietransitie. Waterstof is een energiedrager, net zoals elektriciteit, en zal naast elektriciteit een belangrijke systeemrol gaan spelen in een duurzaam energiesysteem. De verwachting is dat de productiekosten van duurzame elektriciteit uit zon en wind binnen afzienbare tijd tot rond de 1 Eurocent per kWh is gezakt. Sinds kort kunnen ook in Europa grote zonneparken in Spanje en offshore windparken in de Noordzee zonder subsidie worden gerealiseerd. Transport over grote afstanden en grootschalige opslag van energie worden echter belangrijke onderwerpen in de realisatie van een volledig duurzaam energiesysteem.

Er ligt in Europa en zeker in Nederland een zeer uitgebreid aardgasinfrastructuur, dat we in de toekomst steeds minder voor aardgas gaan gebruiken. Dit gastransportnet is efficiënt om te bouwen naar een waterstofinfrastructuur. Grootschalige energieopslag in de vorm van waterstof is ook efficiënter te realiseren, dan opslag van elektriciteit. In een volledig duurzaam energiesysteem gaat het om de energiesysteemkosten (niet de energiesysteemefficiëntie) om duurzame energie op de juiste tijd en plaats beschikbaar te krijgen.

Als we grote hoeveelheden groene waterstof uit wind en zon gaan produceren en importeren en via de omgebouwde aardgasinfrastructuur kunnen transporteren, kunnen we waterstof op eenzelfde manier gaan gebruiken als aardgas. In zwaardere auto’s, bussen, trucks, drones, binnenvaartschepen, etc. gaat waterstof een belangrijke rol spelen en voor het verwarmen van woningen vooral op het platteland, in dorpen en oude binnensteden. Elektriciteit en waterstof worden de energiedragers waarmee de transitie naar een ons volledig duurzaam energiesysteem, betrouwbaar én betaalbaar gerealiseerd kan worden.

Spreker: Prof. Ad van Wijk (TU Delft)
Datum: 15-01-2019
Tijd: 19:30u