Op 21 juni 2023 hield José Borghans – hoogleraar Kwantitatieve Immunologie bij het Centrum voor Translationele Immunologie van het UMC Utrecht – haar oratie getiteld “De kracht van eenvoud”. Haar interdisciplinaire onderzoeksgroep, die ze samen met Kiki Tesselaar leidt, gebruikt een combinatie van experimenteel werk en wiskundige modellering om de complexiteit van het immuunsysteem te doorgronden.

Read article in English >

Het menselijk afweersysteem vormt een waanzinnig complex geheel van vele miljarden cellen en moleculen die samen beslissingen moeten maken over leven en dood. Het wordt de hele dag blootgesteld aan allerlei prikkels en moet continu beslissen of het daar beter wel of niet op kan reageren. José Borghans illustreerde dit in haar lezing met enkele voorbeelden: “Het afweersysteem moet bijvoorbeeld wél reageren op het coronavirus, al was ons lichaam daar vóór 2020 nog nooit mee in aanraking gekomen, maar het moet vooral níet reageren op lichaamseigen moleculen. En terwijl het wél moet reageren op bacteriën zoals Salmonella in bedorven voedsel, willen we níet dat het reageert op het voedsel zelf, ook niet als we het nooit eerder hebben gegeten.” Dit zijn pittige beslissingen die gemaakt worden dankzij een intrigerende en complexe communicatie tussen al die miljarden cellen en moleculen waar ons afweersysteem uit bestaat. Gedetailleerde bestudering hiervan kan volgens Borghans niet zonder gebruik te maken van wiskundige modellen. Het gebruik van wiskunde is binnen de natuurkunde en scheikunde al heel lang de norm. Er zouden bijvoorbeeld geen kwantummechanica of relativiteitstheorie zijn ontwikkeld zonder wiskunde. Binnen de biologie, en binnen de immunologie in het bijzonder, heeft de wiskunde volgens Borghans echter pas recent voet aan de grond gekregen. 

Kwantitatieve immunologie 

Naast het feit dat wiskunde helpt om eenvoud en inzicht te krijgen in de complexiteit van het immuunsysteem, helpen wiskundige modellen de immunologie kwantitatiever te maken. Ze geven een gevoel voor maat en getallen, zoals aantallen en snelheden. Juist die kwantitatieve informatie over het immuunsysteem ontbreekt vaak nog. Borghans zegt: “Het is verbazingwekkend tot welke technische hoogstandjes we binnen de immunologie in staat zijn, terwijl zelfs de meest fundamentele kwantitatieve kennis vaak niet voorhanden is. Voor één van onze modellen moesten we bijvoorbeeld weten hoe lang een T-cel leeft. Dat hoefde niet heel precies, maar we moesten wel weten of we het in dagen, maanden of jaren moesten zoeken. Toen ik die vraag voorlegde aan enkele immunologen, was ik verbijsterd over hun reacties. Waar de ene immunoloog vol stelligheid beweerde dat een T-cel gemiddeld zo’n 2 weken leeft, wist de andere mij met evenveel stelligheid te vertellen dat de levensduur van een T-cel ongeveer 20 jaar is. Hoe kon het zijn dat we op zo’n basale vraag geen antwoord hadden, terwijl we tegelijkertijd probeerden te begrijpen hoe deze cellen verstoord raken tijdens infecties, of waarom het immuunsysteem zo traag herstelt na een stamceltransplantatie? 

Uiteindelijk hebben Borghans en haar collega’s met behulp van in vivo deuterium labeling én wiskundige modellering kunnen afleiden hoe vaak T-cellen delen en hoe lang ze leven. Deze informatie heeft al belangrijke basale inzichten opgeleverd: zo hebben ze onder andere aangetoond dat de T-cellen die verantwoordelijk zijn voor het immunologisch geheugen slechts enkele maanden leven, terwijl ze vaak levenslange bescherming bieden. Voordat deze T-cellen sterven geven ze wat ze geleerd hebben door aan hun dochtercellen, zodat die informatie niet verloren gaat. Naïeve T-cellen – dat zijn de cellen die nog nooit iets in ons lijf hebben herkend – blijken juist heel lang te leven, gemiddeld zo’n 6 tot 9 jaar. 

Bekijk hier de volledige video-opname van de oratie van José Borghans (start bij 01:15)

Team Science 

Inmiddels is volgens Borghans meer dan duidelijk dat de kwantitatieve immunologie een grote toekomst heeft: er is nagenoeg geen laboratorium meer dat géén Big Data produceert, en daarmee is de vraag naar wiskundige kennis enorm gegroeid en worden wiskundige analyses steeds vaker toegepast binnen de immunologie. Borghans zegt hierover: “Ik ben ervan overtuigd dat we grote stappen kunnen maken door experimenteel werk en modellering op veel grotere schaal met elkaar te vervlechten. Dat vereist een heel nauwe samenwerking tussen onderzoekers vanuit verschillende disciplines en daar moeten we op durven sturen. Wat nodig is, is Team Science. De heersende norm binnen de academie is nog altijd dat er één hoofdonderzoeker is per onderzoeksgroep. Echter, om complexe vraagstukken op te kunnen lossen volstaat dat vaak niet meer. We kunnen niet verwachten dat alle benodigde expertise altijd door één persoon geleverd kan worden. Juist door samen te werken, expertise te delen en een probleem vanuit verschillende kanten te belichten komen we verder. In samenwerking ligt onze kracht!” 

Echter, Team Science wordt volgens Borghans nog vaak tegengewerkt door het feit dat veel subsidies en prijzen worden verdeeld volgens een competitief model, met overdreven veel nadruk op het individu. In plaats van samenwerking wordt daardoor competitie aangemoedigd. Discussies over bijvoorbeeld auteurschappen raken regelmatig oververhit omdat iemands carrièreperspectief en de kans op subsidies daarvan direct afhankelijk zijn. Borghans: “Het feit dat binnen de Biomedische Wetenschappen de meeste waarde wordt gehecht aan eerste en laatste auteurschappen zit Team Science in de weg. En we doen wel met z’n allen alsof daar niks aan te doen is, maar dat is natuurlijk onzin. Binnen andere vakgebieden gaat het er vaak heel anders aan toe. Waarom zetten we de lijst met auteurs niet altijd in alfabetische volgorde? Een concrete beschrijving van ieders bijdrage kan rechtdoen aan de verschillen die er ongetwijfeld tussen auteurs zijn en die er ook mógen zijn. Zo krijgt iedereen de credits die hij of zij verdient en kunnen teams veel beter en prettiger samenwerken.” 

_{Fotograaf: Ed van Rijswijk}