Uitdagingen voor de toekomst

Een van de grootste uitdagingen in de aard- en milieuwetenschappen is om de niet-lineaire processen binnen het Systeem Aarde en haar deelsystemen, inclusief het economische systeem, beter te kwantificeren. Door de continue ontwikkeling en toepassing van moderne meettechnieken, observatoria, numerieke modellen en de vergelijking tussen data en simulaties is de verwachting dat een goed beeld kan ontstaan van die processen, waardoor ook de nauwkeurigheid van projecties kan worden verbeterd. Uitdagingen liggen er in de continuïteit van deze ontwikkelingen en nauwere (internationale) samenwerking met rekencentra en ondersteunende instellingen (bijvoorbeeld eScience Center). Ook zullen belangrijke wetenschappelijke stappen moeten worden gezet, zoals de implementatie van verbeterde computertechnieken (machine learning), de koppelingen tussen de verschillende sferen (earth system models) en de analyse van grote hoeveelheden gegevens (big data). Naast nieuwe investeringen in meetapparatuur en rekenkundige uitdagingen vergt dit ook aanpassingen van huidige onderwijscurricula, zodat nieuwe generaties studenten deze kennis effectief kunnen toepassen, zowel binnen als buiten de universitaire omgeving. Als voorbeeld: toekomstige projecties van klimaatveranderingen zullen ook de langzame terugkoppelingen in het Systeem Aarde in beschouwing moeten gaan nemen, waardoor niet alleen de gevoeligheid van de opwarming van de aarde kan worden bepaald, maar ook de kans op extreme gebeurtenissen, zoals vloedgolven, modderstromen en hagelstormen beter kan worden geanalyseerd en gecommuniceerd naar de eindgebruikers. De sector aard- en milieuwetenschappen vervult een belangrijke rol binnen de door Verenigde Naties geformuleerde duurzaamheidsdoelstellingen.

5.3 Astronomie

5.3.1 Universitair landschap

Er zijn vier astronomieopleidingen en -instituten in Nederland - aan de UvA, RUG, LEI en RU – die samen verenigd zijn in de Nederlandse Onderzoekschool voor de Astronomie (NOVA). NOVA’s missie is om topwetenschappelijk onderzoek uit te voeren, jonge astronomen op te leiden tot het hoogste internationale niveau en om de ontdekkingen en technieken te delen met de maatschappij. Het onderzoek is georganiseerd langs drie hoofdlijnen, waarbij scherpe keuzes zijn gemaakt: (1) Oorsprong en evolutie van sterrenstelsels, vanaf de Big Bang tot heden; (2) Vorming en evolutie van sterren en planetenstelsels; en (3) Astrofysica onder extreme condities. Nieuwe onderzoeksterreinen zoals donkere materie en donkere energie komen aan bod in (1), exoplaneten in (2) en de astrofysica van zwaartekrachtgolfbronnen in (3). Afstemming hierover vindt plaats binnen NOVA. Een kernpunt van de strategie is een geïntegreerd onderzoek- en instrumentatieprogramma. Recente internationale evaluaties geven NOVA consistent het predicaat ‘exemplarisch’, dat wil zeggen gezamenlijk behorend tot de top vijf instituten in de wereld. De hoge kwaliteit blijkt ook uit het relatief grote aantal Advanced ERC grants, Spinoza en internationale prijzen, en uit het succes vanpromovendi bij het verkrijgen van de meest prestigieuze fellowships wereldwijd.

Bij het iSPEX-experiment leveren duizenden burgers in een citizenscience-project

informatie over fijnstof. Het project is mede bedacht en uitgevoerd door sterrenkundigen en instrumentontwikkelaars van de Nederlandse Onderzoekschool voor de Astronomie (NOVA). Foto: iSPEX

5.3.2 Omgevingsanalyse

Moderne sterrenkunde vindt plaats in grote internationale samenwerkingsverbanden om de grootste telescopen wereldwijd en in de ruimte te realiseren en te gebruiken. NOVA fungeert als thuisbasis voor de European Southern Observatory (ESO) dat toegang geeft tot de grote optische

telescopen (VLT) en de wereldwijde submillimeter telescopen (ALMA). ESO bouwt ook de ELT met een spiegel van 39 meter doorsnede. Daarmee complementeert NOVA de NWO-instituten ASTRON (radiosterrenkunde, thuisbasis voor SKA) en SRON (onderzoek vanuit de ruimte, thuisbasis voor ESA). De universitaire instituten en ASTRON en SRON analyseren gezamenlijk de data van de verschillende faciliteiten. Er zijn wetenschappelijke dwarsverbanden met de natuurkunde, informatica, wiskunde, chemie, biologie en geologie, en er wordt samengewerkt met de TUD, TU en TU/e, ESA-ESTEC, TNO-SPACE en Nikhef, en met industrie zoals VDL-ETG. Sterrenkunde is prominent aanwezig in de NWA-routes ‘Oorsprong van het leven’ en ‘Bouwstenen van materie en fundamenten van ruimte en tijd’. Studentenaantallen zijn gegroeid met factoren twee à drie over de laatste paar jaar terwijl het aantal vaste stafleden (ongeveer twintig procent is vrouw) gelijk is gebleven. De meeste afgestudeerde studenten vinden vrijwel direct goede banen.

5.3.3 Uitdagingen voor de toekomst

Top astronomie = top talent + top instrumentatie. De Nederlandse sterrenkunde speelt internationaal een belangrijke en sturende rol. Cruciaal voor dat succes zijn (i) het aantrekken, ontwikkelen en behouden van talent (met als belangrijk doel het vergroten van de diversiteit) en direct daaraan gekoppeld (ii) een essentiële partner zijn in wereldwijde samenwerkingen voor het bouwen van instrumentatie om de grootste wetenschappelijke vragen (bijvoorbeeld `Zijn wij alleen?’) aan te pakken. De grote uitdaging is om die sterke rol vast te houden bij instrumentatieprojecten die vijftien tot twintig jaar vergen, terwijl NOVA geen langetermijnfinanciering heeft (de huidige financiering loopt in 2023 af).

5.4 Biologie

De biologie vormt het sterke fundament onder de brede levenswetenschappen, bedreven aan Nederlandse universiteiten en hun ziekenhuizen, instituten van onder meer de KNAW en bedrijven. Dit disciplinebeeld beperkt zich tot de biologie als discipline zoals te vinden bij de zes brede universiteiten en de WUR, waar studenten na een bachelor biologie als bioloog kunnen afstuderen. Het beeld dekt dus niet de biofysica en biochemie, die in de beschrijving van de natuur- en scheikunde is opgenomen in hoofdstuk 4, en niet de interdisciplinaire opleidingen met biologie als onderdeel aan TU’s en andere universiteiten. Het gaat hier om de fundamentele nieuwsgierigheidsgedreven biologie als basis voor meer toegepaste onderdelen van de levenswetenschappen, dus wel biologie van mens of dier maar niet de klinische of farmaceutische (dier)geneeskunde en wel de biologie/ecologie van natuurlijke/agrarische systemen, maar niet de praktische natuurbescherming of de landbouw.

In een speciaal algenlab, uitgerust met fotobioreactoren, onderzoekt Veerle Luimstra (UvA) hoe blauwgroene algen hun fotosynthesesystemen aanpassen aan verschillende lichtkleuren. Foto: Jorn van Eck

5.4.1 Universitair landschap

De Nederlandse universitaire biologie staat internationaal aan de top. De 2018 Shanghai ranking plaatst het biologisch onderzoek van zeven universiteiten bij de mondiale beste 100. De Verkenning Nieuwe Biologie (2011) identificeerde vijf kerndisciplines waarop Nederland focus, massa en impact heeft. In het gebied ‘van molecuul en gen tot organisme’ waren dit cel- en ontwikkelingsbiologie en fysiologie, neuro- en gedragsbiologie. Op het niveau van ’organismen in hun omgeving’ waren dit plantenbiologie, ecologie, evolutiebiologie en microbiologie. Daarnaast dragen Nederlandse groepen significant bij aan belangrijke opkomende velden en technologieën zoals systeembiologie, bio-imaging, bioinformatica, biodiversiteit en natuurlijke producten, synthetische biologie en nanobiologie. Dwarsverbanden bestaan met geneeskunde (genetica, neuro, gezondheid, ouderdom en regeneratieve geneeskunde), chemie en fysica (biochemie en biofysica; structuur, dynamica, -omics, de synthetische cel), aard- en mileuwetenschappen (ecosystemen, oceanen, klimaat, urbane omgeving) en landbouwwetenschappen (biotechnologie, voedselzekerheid/-veiligheid). Alle faculteiten bieden een brede solide basis in onderzoek, onder andere door het aanbieden van onderzoeksstagemogelijkheden in een brede biologieopleiding. Tegelijkertijd streeft de sector naar een heldere onderzoekprofilering. Er is een grote dynamiek in het onderzoek; een voorbeeld hiervan is de Nature4Life-agenda. Er zijn daarom plannen voor een geactualiseerde analyse van sterktes en potentieel van de verschillende onderzoekscentra.

5.4.2 Omgevingsanalyse

In 2018 schreven meer dan duizend nieuwe bachelorstudenten zich in bij biologie. Dit grote aantal is gewenst: afgestudeerde biologen vinden gemiddeld na drie maanden een baan met minder dan vijf procent werkeloosheid na één jaar. Meer dan de helft werkt in ’life sciences &

health’ of in het onderwijs, beide sectoren met grote voorziene tekorten tot 2022. Echter, de instroom verdubbelde in vijftien jaar en dit resulteerde in een verder stijgende student-stafratio. Daarnaast wordt de biologie gevraagd om kernbijdragen aan tal van nieuwe interdisciplinaire BSc opleidingen, zoals bioinformatica, global sustainability science, future planet studies, medische biologie en psychobiologie. Ten slotte is er een aanzienlijk aantal feitelijke biologieopleidingen onder een andere naam (bijvoorbeeld plantenwetenschappen). Dit zet, naast de sterk toegenomen student-stafratio, het huidige personeelsbestand onder druk.

Evolutiebioloog Wouter Halfwerk (VU) haalt tijdens veldwerk een vleermuis uit een net. Foto: Alex Tran

5.4.3 Uitdagingen voor de toekomst

De biologie zal een hoofdrol spelen in de gezamenlijke maatschappelijke thema’s van NWA en topsectoren 2.0: gezondheid & zorg, land- en tuinbouw, voedsel & water, energietransitie & duurzaamheid, en veiligheid. Biologisch onderzoek is essentieel voor de aanpak van mondiale uitdagingen: voeding voor ieder, klimaatverandering, gezonde leefomgeving/leefbare stad, biodiversiteit, duurzaamheid en circulaire economie. Nationaal streeft de sector naar een sterk landelijk masterplan biologieopleidingen, met duidelijke taakverdeling tussen universiteiten, gekoppeld aan geprofileerd, sterk onderzoek met excellente (grote) onderzoeksfaciliteiten. Belangrijke innovaties in het onderwijs zetten in op sleutelvaardigheden, life-long learning en aansluiting op wensen van de arbeidsmarkt: alle biologen moeten zowel computationeel, moleculair als evolutionair en systeembiologisch opgeleid worden. Een investering in de biologie zal het de sector mogelijk maken met innovaties in onderzoek en onderwijs een nieuwe generatie biologen op te leiden, die gaan werken aan de grote maatschappelijke uitdagingen op onze planeet.

5.5 Farmacie

5.5.1 Universitair landschap

Farmacie is een multidisciplinair wetenschapsgebied waarbij de fundamentele bètaweten-schappen worden ingezet voor ontdekking, ontwikkeling en gebruik van geneesmiddelen. Kenmerkend is de volledige integratie van de verschillende wetenschappen gericht op het geneesmiddelonderzoek. In Nederland vallen de farmacieopleidingen in Groningen, Leiden en Utrecht onder de bètafaculteiten waar apothekers en onderzoekers worden opgeleid. In alle betrokken instituten wordt gewerkt aan nieuwe concepten voor de ontdekking en optimalisatie van geneesmiddelen, zowel voor kleine moleculen, biopharmaceuticals en celtherapieën. Focus van het onderzoek aan de UU ligt op veiligere en door biologie geïnspireerde geneesmiddelen en therapeutische strategieën, inclusief regulatie van geneesmiddelen. Het onderzoek aan de RUG richt zich op geavanceerde (humane) in vitro en ex vivo modellen voor geneesmiddelontwikkeling en biotechnologische productengineering. LEI werkt aan geavanceerde imaging technieken voor target discovery en innovatieve systeemfarmacologische en biotherapeutische concepten. Alle drie de instituten werken samen aan omics-technologieën om de geneesmiddelwerking voor specifieke patiëntgroepen te verbeteren.

Onderzoek naar efficiënte medicijnontwikkeling bij Universiteit Leiden. Foto: LEI

5.5.2 Omgevingsanalyse

In Nederland werken 65.000 mensen in de geneesmiddelenontwikkeling en 165.000 in de hele geneesmiddelensector (bron PWC). De ontwikkeling vindt voornamelijk plaats op science campussen, waar kennisinstellingen, UMC’s en 420 geneesmiddelbedrijven (waaronder meer dan 200 innovatieve start-upbedrijven) onder andere via de succesvolle incubatoren samenwerken. Ten opzichte van Europa vertoont Nederland een forse groei in biotechnologische bedrijven, met daaraan gerelateerde arbeidsplaatsen en patenten. Met de federatie voor

innovatief geneesmiddelonderzoek (Figon) heeft Nederland een uniek platform voor onderzoekssamenwerking. Met de komst van de EMA naar Amsterdam zal het aantal bedrijven en het daarmee gepaard gaande aantal arbeidsplaatsen sneller groeien dan de universiteiten nu kunnen opleiden. Het is belangrijk dat apothekers en onderzoekers worden opgeleid om nieuwe ontwikkelingen en groei in het werkveld te ondersteunen.

5.5.3 Uitdagingen voor de toekomst

De doorbraak van de immuuntherapie is een steun in de rug voor de biotechnologie. De ontwikkelingen op het gebied van de ‘Personalised medicine’ (een belangrijke route binnen de NWA) zullen de farmacotherapie ingrijpend veranderen. Daarnaast zal de focus in toekomstig onderzoek op regeneratieve en/of cell-based therapieën liggen. Het uiteindelijke maatschappelijke doel is om tot veiligere, effectievere én betaalbare medicijnen te komen. In de ontwikkeling van deze nieuwe geneesmiddelen zullen proefdieren in belangrijke mate vervangen gaan worden door geavanceerde (humane) ex vivo weefsel- en orgaankweeksystemen. Farmacotherapie zal gebaseerd zijn op omics-technieken en bigdata-analyse, en zullen aspecten vanuit de kunstmatige intelligentie en computational sciences een significante rol gaan spelen. Farmacotherapeutische behandeling van patiënten zal vaker met bio(techno)logische producten plaatsvinden dan nu het geval is. De huidige farmacieopleidingen hebben steun nodig d om op academisch niveau mensen in deze nieuwe ontwikkelingen op te leiden.