Het onderzoek van het NIH is geconcentreerd
rond het centrale thema ‘ontwikkeling, plasticiteit en veroudering van de hersenen’. Het onderzoek vindt plaats in vijf multidisci- plinaire werkgroepen die niet alleen onderzoek doen naar de mechanismen noodzakelijk voor de normale hersenontwikkeling, eetgedrag, geheugenprocessen en de werking van de biologische klok maar ook naar de achtergron- den van transseksualiteit, de pathogenetische mechanismen van de ziekte van Alzheimer en schizofrenie en de mogelijkheden om met behulp van experimentele gentherapie regeneratie te verkrijgen in het volwassen zenuwstelsel. Dierexperimenteel onderzoek en observaties op menselijk postmortem hersen- weefsel, ter beschikking gesteld door de Nederlandse Hersenbank, alsmede theoretisch en empirisch onderzoek, vinden geïntegreerd plaats.
Ontwikkelingen
De afgelopen periode is een sterke impuls gegeven aan de invoering en integratie van moleculair biologische technieken, aan beeldvormende en -verwerkende technieken en aan het verstevigen van de brug naar de kliniek door onderzoek op humaan materiaal. J. Verhaagen werd bijzonder hoogleraar aan de faculteit biologie van de VU. Tweede en derde geldstroomprojecten nemen een steeds belangrijker plaats in in het onderzoek. Binnen het NIH werd in 1999 onderzoek medegefinan- cierd vanuit subsidies verkregen uit 48 projecten. Hierop werken 19 postdoc’s en 29 promovendi. Tevens heeft het NIH een NWO- subsidie middelgroot verkregen voor electro- fysiologische apparatuur en tezamen met het IOI een subsidie voor de transgene dierenunit. Het NIH heeft in de nieuwbouw van het IOI gemeenschappelijke ruimtes gekregen en heeft het eigen instituut ingrijpend verbouwd waardoor de moleculaire biologie en celkweek de zo noodzakelijke uitbreiding konden krijgen. De ondersteunende diensten van het NIH en het IOI worden momenteel geïntegreerd.
Resultaten
Bij de ziekte van Alzheimer en het syndroom van Down werd een nieuwe vorm van RNA mutaties gevonden. Dit proces dat ‘molecular misreading’ werd genoemd, resulteert in eiwitten die tijdens de ziekte van Alzheimer accumuleren. Tevens is in diverse andere neurodegeneratieve ziekten molecular mis- reading aangetoond alsmede in de lever van alcoholisten.
Bij transseksuelen blijkt de seksuele differen- tiatie van een hersengebied in het limbisch systeem tegenovergesteld te zijn aan die der geslachtsorganen. Dit verklaart dat transseks- uelen veelal van kinds af aan het gevoel hebben ‘met het verkeerde geslacht geboren te zijn’. Er zijn voor het eerst verschillen tussen man en vrouw gevonden in receptoren voor geslachtshormonen in de hersenen.
De biologische klok bereidt via het autonome zenuwstelsel het lichaam voor op de dag en de nacht middels hormonen die door de hypotha- lamus worden vrijgemaakt. De biologische klok regelt niet alleen het dagelijkse ritme in hormoonafgifte maar ook de gevoeligheid van organen voor dezelfde hormonen. Pancreas, lever, schildklier en bijnier worden via polysynaptische verbindingen door zowel de prefrontale cortex als door de biologische klok beïnvloed. Beide hersenstructuren hebben schakelcentra in de hypothalamus zodat informatie over de tijd van de dag gekoppeld wordt aan prefrontale cortex informatie. Dit verklaart mogelijk veranderingen in de regulatie van het autonome zenuwstelsel bij depressie en schizofrenie.
Licht is essentieel voor het leven op aarde. In planten en dieren spelen zogenaamde crypto- chroomeiwitten o.a. een rol bij het herstellen van DNA schade door UV-licht. In samenwer- king met de afdeling Genetica van de EUR werd gevonden dat twee genen, die coderen voor deze eitwitten (Cry1 en Cry2), een sleutelrol spelen in de regulatie van de biologische klok (Nature 398: 627-630, 1999).
De prefrontale cortex speelt een belangrijke rol bij geheugenprocessen en flexibiliteit van gedrag, en is in haar functie gestoord bij patiënten met een schizofrenie. Wij hebben gevonden dat het totale aantal neuronen van patiënten met een schizofrenie in dit schors- gebied echter niet afwijkend is.
Beeldverwerkingssoftware werd ontwikkeld om een 3D anatomische kaart te maken van gekarakteriseerde hersengebieden, alsmede om objectieve grenzen te bepalen tussen verschil- lende schorsgebieden. Deze technieken en neuroanatomische kennis worden nu toegepast op patiënten met een schizofrenie en met diencephale amnesie, en maken het mogelijk te bepalen in welk schorsgebied er structurele of functionele afwijkingen te zien zijn bij deze patiënten. Wat betreft dierexperimenteel onderzoek is er een taak ontwikkeld om flexibiliteit van gedrag te meten. De pre- frontale cortex lijkt vooral betrokken wanneer zich nieuwe omstandigheden voordoen en niet bij routinematig gedrag. Noradrenaline- en dopamineafgifte in de prefrontale cortex zijn sterk gerelateerd aan de emotionele intensiteit van nieuwe omstandigheden. Er zijn in de prefrontale cortex aparte neuronen gevonden
waarvan de elektrische activiteit is gerelateerd aan ofwel het aanleren, ofwel het starten van de motoriek, ofwel aan de conditionerende stimulus, ofwel aan de belonende stimulus. Neurotrofe factoren spelen een belangrijke rol in de uitgroei van zenuwcellen. Het neuro- trofine BDNF zet neuronen tot uitgroei aan en beïnvloedt de ontwikkeling van het inhibitoire neurotransmissiesysteem. De eiwitten die daarbij een rol spelen worden onderzocht waarbij een verband wordt gelegd tussen genetische afwijkingen in deze eiwitten en mentale retardatie.
Beschadigingen van het centrale zenuwstelsel herstellen niet spontaan. Oplossingen worden gezocht voor het geringe vermogen van het beschadigde zenuwstelsel te regenereren. Zo wordt genoverdracht met virale vectoren (‘gentherapie’) toegepast teneinde regeneratie van het beschadigde ruggenmerg te bevorde- ren.
Personeelsinzet NIH
Hoofdonderwerp Aantal fte onderzoekthema 1998 1999 WP NWP WP NWP Hypothalamus I 15,0 3,9 15,0 5,5 Hypothalamus II 14,0 3,9 11,0 3,0 Prefrontale Cortex 7,0 4,5 8,0 3,5 Neuronen & Netwerken 6,5 2,0 5,7 1,8 Moleculaire Biologie 8,8 1,3 11,0 3,3 Hersenbank 0,6 4,9 0,8 5,2 Directie 1,0 – 1,0 – Algemene dienst 0,5 17,7 0,5 19,2 Totaal 53,7 38,2 53,0 41,5 Productie – 2 proefschriften – 2 boeken – 70 artikelen – 14 hoofdstukken in boeken – 107 abstracts – 24 andere publicaties
Belangrijke publicaties verschenen in 1999
– Hoogendijk, W.J.G., Pool, I.E.C., Kamphorst, C.W., Hofman, W., Eikelenboom, M.A., Swaab, P., Lack of association between depression and the loss of neurons in the locus coeruleus in Alzheimer’s disease, Arch.Gen. Psychiatry 56, pp. 45-51. – Hermens, W.T.J.M.C., Brake, O. ter, Dijkhuizen, P.A., Sonnemans, M.A.F., Grimm, D., Kleinschmidt, J.A., Verhaagen, J., Purification of recombinant adeno-associated virus by lodixanol gradient ultracentrifugation allows rapid and reproducible preparation of vector stocks for gene transfer in the nervous system, Human Gene Therapy 10, pp. 1885- 1891.
66
Onderzoekorganisatie
– Buijs, R.M., Wortel, J., Heerikhuize, J.J. van,Feenstra, M.G.P., Horst, G.J. ter, Romijn, H.J., Kallsbeek, A., Anatomical and functional demonstration of a multisynaptic suprachiasmatic nucleus adrenal (cortex) pathway, Eur. J.
Neuroscience 11, pp. 1535-1544.
Nederlands Instituut voor Hersenonderzoek (NIH-KNAW)
Meibergdreef 33, Amsterdam http://www.knaw.nl/nih/index.htm
Nederlands Instituut voor
Oecologisch Onderzoek
Het NIOO heeft een wetenschappelijk program- ma waarin de verschillende omgevingen van de aarde (het land, het zoete water en de zee) en de verschillende organisatieniveaus van de biologische wereld van genen tot ecosystemen bestudeerd worden.
Ontwikkelingen
De grote milieuproblemen van de jaren negentig, de globale klimaatsverandering en de biodiversiteitcrisis, waren ook in 1999 voor het NIOO belangrijke aanknopingspunten voor het onderzoek. Veel onderzoeksinspanningen zijn gericht op het beter begrijpen en daardoor beter voorspelbaar maken van deze ingrijpende veranderingen en vooral ook op de consequen- ties ervan voor de leefbaarheid van onze planeet. In het Internationale Geosphere Biosphere Programme IGBP en het Diversitas programma spelen NIOO-onderzoekers zowel nationaal als internationaal een belangrijke rol. Binnen het IGBP is het NIOO vooral actief in de EU-componenten, ELOISE en TERI. In 1999 is in beide programma’s een aantal door NIOO- medewerkers gecoördineerde projecten afgerond. Anderzijds werden in Nederland twee belangrijke NWO-programma’s rond biodiversiteit gestart waaraan ook NIOO- onderzoekers deelnemen.
De wetenschappelijke vragen die binnen deze projecten naar voren treden, zijn zeer divers. Veel ervan betreffen kennis over het functione- ren van ecosystemen en de aanpassing van organismen aan hun veranderende wereld. Doordat organismen aan hun omgeving zijn aangepast, hebben ze ook een grote invloed op die omgeving en daarom worden vrijwel alle processen op ecosysteemniveau in meer of mindere mate door organismen beïnvloed. Per 1 november 1999 is prof. dr. Louise E.M. Vet als nieuwe directeur van het NIOO aange- steld.
Resultaten
Het Centrum voor Estuariene en Mariene Oecologie (CEMO) en haar onderzoekers coördineren vier van de dertig projecten binnen
ELOISE (European Land-Ocean Interaction
Studies) en nemen in totaal aan negen onderzoeksprojecten in dit programma deel. Een aantal van deze projecten werd in 1999 voltooid. Het CEMO organiseerde de Open Science Meeting van dit programma in december 1999 in Noordwijkerhout. Het CEMO was ook verantwoordelijk voor het opstellen van een actieplan voor mariene biodiversiteitstudies in opdracht van de European Marine and Polar Sciences Board van de ESF. Onder voorzitterschap van een CEMO-onderzoeker kwam in 1999 een Interna- tionaal Terrestrisch Antarctisch Programma van de grond, dat een bijdrage vormt aan het IGBP-GCTE programma. Een geconcentreerde actie rond de implementatie van biodiversi- teitsonderzoek in Europa in het kader van het Vijfde Kaderprogramma van de EU en de organisatie van twee Euroconferenties in 2001 en 2003 werden aan het CEMO toegekend. In Nederland werd een samenwerkings- overeenkomst gesloten met het Rijksinstituut voor Kust en Zee (RIKZ) voor onderzoek in de Nederlandse delta, en met de Rijksuniversiteit Groningen voor het oprichten van een leerstoel Ecologie van estuaria en kustgebieden. Eind 1999 heeft de Vlaamse Regering groen licht gegeven voor de Vlaams-Nederlandse samenwerking op het gebied van Kust- gebonden Zeeonderzoek. In dit samenwer- kingsproject van het NIO-CEMO en een aantal Vlaamse instituten en universiteiten staat het Scheldebekken centraal.
De werkgroep Litorale Vegetaties zette haar studies over het functioneren van zeegrassen en schorrenvegetaties voort. Eén van de aandachtspunten is de koppeling tussen primaire productie en heterotrofe bacteriële activiteit. Dit jaar werd ook een begin gemaakt met onderzoek naar het voorkomen van pioniervegetaties en de invloed die de vesti- ging van deze vegetaties hebben op het bodemmilieu.
In de werkgroep Mariene Microbiologie werd begonnen met de inrichting van een laborato- rium voor moleculaire ecologie. Met behulp van moleculaire technieken werd o.a. de biodiversiteit van picocyanobacteriën in de Oostzee onderzocht. De werkgroep
Ecosysteem Studies rondde in 1999 een aantal belangrijke EU-projecten af. De werkgroep coördineerde het project ECOFLAT, waarin de ecologie van getijdenplaten centraal stond. In het project BIOGEST werd de productie van broeikasgassen in estuaria in detail gemeten en gemodelleerd. De werkgroep verrichtte een groot aantal metingen, waaruit ondermeer bleek dat organisch stikstof in estuaria veel sneller wordt omgezet dan eerder gedacht.
In het Centrum voor Limnologie (CL) is het speerpunt van onderzoek het functioneren van zoetwaterorganismen in de context van hun leefgemeenschap. Zoetwater is een belangrijke hulpbron die onder een toenemende druk komt te staan door een groeiende wereldbevolking en een daarmee samenhangende stijging in economische activiteiten, die van haar afhankelijk zijn. De enige duurzame bron van zoetwater wordt gevormd door de neerslag, die op aarde terechtkomt in het oppervlaktewater. Een goed beheer van dit oppervlaktewater moet gebaseerd zijn op een gedegen kennis van het functioneren van zoetwatersystemen. Het gedrag van zoetwatersystemen wordt groten- deels bepaald door de activiteit van organis- men in hun onderlinge samenhang en in relatie met het hen omringende fysische en chemische milieu.
Door onderlinge verschillen in koolstofisoto- penverhoudingen (13C/12C) in de verschillende
componenten van het plantaardig plankton, die gedurende het jaar niet veranderen, kon de Werkgroep Microbiële Ecologie in het afgelopen jaar specifieke predator-prooi relaties vaststellen. Daarbij bleek dat veel groepen van het zoöplankton zich specialiseren in de consumptie van hetzij cyanobacteriën, hetzij eukaryote algen.
Bij het moleculair-ecologisch onderzoek naar nitrificerende bacteriën werd duidelijk, dat de diversiteit aan ammonium-oxiderende bacte- riën (in het sediment van zoetwater) vele malen groter is dan voorheen werd gedacht. Wat deze grote diversiteit betekent voor het functioneren van het systeem, is nog niet bekend.
De werkgroep Plant-Dier Interacties bestudeert de interactie tussen watervogels en waterplan- ten. In 1999 werden voor het eerst de kosten van voedselzoeken gemeten bij kleine zwanen met behulp van hartslagapparatuur. Op grond van deze resultaten zullen hartslagmetingen een integraal onderdeel van het werk worden. Het werk aan klonen van schedefonteinkruid, het voer van kleine zwanen langs de hele trekroute, toonde aan dat er verschillen bestaan in morfologische en fotosynthetische karakte- ristieken. In hoevere deze van ecologische betekenis zijn, zal verder worden onderzocht met een transplantatie-experiment. Vogels die broeden in de poolstreek zouden een deel van de lichaamsreserves die ze tijdens de voorjaar- strek opslaan kunnen gebruiken tijden de eileg. Dit is getoetst door donsveertjes te verzamelen van steltlopers tijdens een Zweedse expeditie, waarbij achttien plekken in het poolgebied van Canada zijn bezocht. We verwachten met isotopenanalyses een onderscheid tussen eieren die zijn aangemaakt met lichaamsreserves dan wel met lokaal voedsel te kunnen maken.
Binnen de werkgroep Voedselweb Onderzoek werd, in samenwerking met de werkgroep Microbiële Ecologie en het RIZA, een project gestart met het doel de effecten van cyano- bacteriën op de groei en de voortplanting van driehoeksmosselen te bestuderen. Het verticale migratiegedrag van dierlijk plankton kan worden geïnduceerd door stoffen die door vis worden afgescheiden. Kolonies algen kunnen zich vormen onder invloed van stoffen die uitgescheiden worden door dierlijk plankton. Er is een start gemaakt met onderzoek aan de tritrofische voedselketen: algen ® zooplankton
® jonge vis in een mesocosmos van circa
1000 liter.
Het onderzoek van het Centrum voor
Terrestrische Oecologie (CTO) richt zich op het functioneren en de adaptatie van organismen op het land. De aandacht gaat daarbij vooral uit naar individuele organismen, populaties en levensgemeenschappen en naar het begrijpen van variatie. Hierbij worden processen op het niveau van het gen tot en met de voedselketen onderzocht. De nadruk in het onderzoek ligt op de vraag hoe (micro-)organismen in de bodem, planten en vogels zich aanpassen aan hun leefomstandigheden, en op de betekenis van deze aanpassingen voor het voortbestaan van de soort, voor de levensgemeenschap en voor het ecosysteem waarin de organismen leven. Het onderzoek is in sterke mate gerelateerd aan relevante maatschappelijke knelpunten zoals klimaatveranderingen, biodiversiteit en landgebruik.
De werkgroep Plant-micro-organisme Interac- ties bestudeert de rol van in de bodem levende plantenziekteverwekkers en planteneters en hun natuurlijke vijanden, antagonisten, op de ontwikkeling van natuurlijke vegetatie. Het zijn niet zozeer één of enkele specifieke organismen, maar een complex van ziekte- verwekkende organismen die hierbij een rol spelen. Interessante nieuwe gegevens werden verkregen over de gecombineerde rol van nematoden en schimmels, waarbij nematoden ook als vector voor de verplaatsing van ziekteverwekkende schimmels kunnen fungeren.
In de werkgroep Populatiebiologie van Planten staat het proces van genetische aanpassing van planten aan veranderende omstandigheden centraal. Doordat de eigenschappen betrokken bij aanpassing een deels erfelijke basis hebben, treedt natuurlijke selectie op waarbij de genetische samenstelling van de populatie verandert. Bij het onderzoek aan apomixis, een vorm van asexuele voorplanting, deed een selfish gene haar intrede. Een zelfzuchtig gen lijkt apomixis te verspreiden.
In de werkgroep Populatiebiologie van Dieren is de koolmees de belangrijkste model-soort. De koppeling tussen processen op het niveau van het individu en de consequenties daarvan op populatieniveau staan centraal. Het onderzoek is vrijwel steeds een combinatie van experimenten in het lab en in het veld om de mechanismen te bestuderen en de analyse van lange waarnemingsreeksen om de fitness consequenties te bestuderen. In 1999 werd een groot veld-experiment over de kosten van ei- productie en incubatie bij de koolmees voortgezet. Bovendien werd een begin gemaakt met het bepalen van de effecten van temperatuur op de legdatum in volledig geklimatiseerde kooien.
Personeelsinzet NIOO
Hoofdonderwerp Aantal fte onderzoekthema 1998 1999 WP NWP WP NWP Voedselweb onderzoek (CL) 6,7 3,8 9,5 4,0 Plant-dier interacties (CL) 6,5 5,8 7,0 5,6 Microbiële ecologie (CL) 5,7 4,5 5,6 4,1 Populatiebiologie
van dieren (CTO) 9,0 9,4 9,0 9,0 Populatiebiologie
van planten (CTO) 14,9 6,8 14,0 6,0 Plant-micro-organisme interacties (CTO) 9,8 5,7 10,8 6,5 Ecosysteem studies (CEMO) 24,6 11,7 18,6 11,9 Litorale vegetaties (CEMO) 12,4 4,0 10,0 4,4 Mariene microbiologie (CEMO) 13,9 8,4 12,2 5,0 Directie + stafbureau 1,0 2,9 1,0 2,6 Overige ondersteunende diensten – 31,1 – 36,3 Totaal 104,5 94,1 97,7 95,4 Productie
– 96 publicaties in tijdschriften, boeken en proceedings
– 1 boek(en) – 5 proefschriften – 22 rapporten
– 5 publicaties in rapporten
Belangrijke publicaties verschenen in 1999
– Dijk P.J. van, Tas, I.C.Q., Falque, M., Bakx- Schotman, J.M.T., Crosses between sexual and apomictic dandelions (Taraxacum officinale) II The breakdown of apomixis, Heredity 83, pp. 715-721. – Hannen, E.J. van, Zwart, G., Agterveld, M.G. van, Gons, H.J., J. Ebert, Laanbroek, H.J., Changes in bacterial and eukaryotic community structure after mass lysis of filamentous cyanobacteria associated with viruses, Appl. Environ. Microbiol. 65, pp. 795- 801. Publication 2483 NIOO-CL Nieuwersluis, The Netherlands.
– Huisman, J., Weissing,F.J., Biodiversity of plankton species oscillations and chaos, Nature 402, pp. 407-410.
Nederlands Instituut voor Oecologisch Onderzoek (NIOO-KNAW)
Rijksstraatweg 6, Nieuwersluis http://www.nioo.knaw.nl
Centrum voor Estariene en Mariene Oecologie (NIOO-CEMO)
Korringaweg 7, Yerseke
Centrum voor Limnologie (NIOO-CL) Rijksstraatweg 6, Nieuwersluis
Centrum voor Terrestrische Oecologie (NIOO-CTO)