Wat is de overeenkomst tussen het slijm in onze longen en het water in de oceanen? Het stroomt en neemt vaste deeltjes mee. En: Meike Bos kan eraan rekenen. Voor haar promotieonderzoek in Utrecht modelleerde ze de bewegingen van slijmstrengen in het heel dunne vloeistoflaagje dat omhoog stroomt in onze longen. Trilhaartjes stuwen het slijm tegen de zwaartekracht in, maar het zijn ‘plakkende interacties’ met het oppervlak van de luchtwegen die ervoor zorgen dat de slijmstrengen dwars komen te liggen, loodrecht op de stroomrichting.
Dat ontdekte Bos samen met haar begeleider Joost de Graaf. Zo kunnen die strengen maximaal ‘bezemen’, oftewel vuildeeltjes mee naar boven transporteren. Eind mei promoveerde ze aan de Universiteit Utrecht.
Maar nu werkt Bos aan systemen aan de andere kant van het schaalspectrum: ze modelleert hoe oceaanstromingen stukken plastic meevoeren over de aarde. Dat doet ze bij het Instituut voor Marien en Atmosferisch onderzoek Utrecht (IMAU), onderdeel van de universiteit. „Eigenlijk heel grappig”, merkt ze op. „Ik ging ooit in Utrecht studeren omdat ik de master ‘meteorologie, fysische oceanografie en klimaat’ wilde doen. Maar daarvoor moest je eerst de bachelor natuurkunde halen. Die bleek ik zo leuk te vinden dat ik daarin ben doorgegaan. Maar nu ben ik alsnog in deze hoek terechtgekomen.”
Bos vond natuurkunde altijd al interessant. „Ik was niet zo talig. Wiskunde ging me goed af. Tijdens mijn natuurkundestudie ging ik de meer fundamentele kant op: ‘spelen’ met deeltjes in een elektrisch veld, zowel met modellen als experimenten. Die combinatie vond ik heel leuk: dankzij simulaties kun je dieper gaan nadenken over de natuurkunde, terwijl experimenten het systeem tastbaar maken. Ik vind dat heel spannend.”
Voor haar promotieonderzoek, naar de slijmstrengen in de longen, deed ze alléén simulaties. „Biologische experimenten zijn een stuk moeilijker: dat zijn meteen enorme projecten. Daar heb je andere faciliteiten voor nodig. Maar wij hadden wel nauw contact met onderzoekers in Gotenburg die experimenten deden. We hebben ook samen een artikel gepubliceerd.”
Lokale variaties
Hoe kwam ze van de natuurkunde in de biologie terecht? „In de biologie zit ook veel natuurkunde”, antwoordt Bos. „In 2019 kwam er een experimentele studie uit die liet zien dat de slijmstrengen in het longslijm noodzakelijk zijn voor het afvoeren van grotere deeltjes. Maar het was nog niet goed bekend hoe ze werken. Ik zag die vacature en dacht: dat lijkt me heel interessant. Natuurkunde toepassen om de biologie beter te begrijpen.”
In het longweefsel zitten trilharen die slagbewegingen maken. Daarmee stuwen ze het slijm omhoog dat wordt geproduceerd in de cellen van het slijmvlies van de luchtwegen. Grotere zoogdieren, waaronder mensen, hebben in hun bovenste luchtwegen ook andere slijmproducerende klieren. Die ‘spinnen’ gebundelde, gedraaide eiwitstrengen van elk zo’n millimeter lang. „Samen vormen die netwerken, die grotere vuildeeltjes invangen en mee naar boven transporteren”, vertelt Bos. „Maar de oriëntatie van die strengen is dus vooral horizontaal.”
Gek, als je erover nadenkt: terwijl de strengen uit zo’n klier komen, staan ze al onder invloed van de stroming. Die trekt ze verticaal. Maar na het loslaten draaien ze al snel horizontaal. Bos: „Wij wilden onderzoeken of je dat met natuurkunde kunt verklaren. Hoe kán dat nou?”
De computermodellen lieten zien dat oppervlakteprocessen verantwoordelijk zijn voor het draaien. „Het oppervlak van de luchtwegen bestaat uit verschillende soorten cellen”, legt Bos uit, „waaronder ‘slijmbekercellen’ die zelf ook korte slijmdraden produceren, veel kleiner dan de slijmstrengen. In combinatie met de stroming zorgen die voor krachten op de strengen, die zelf een bepaalde elasticiteit hebben. Dat geheel kun je modelleren. En de uitkomsten kwamen heel mooi overeen met de experimenten in Gotenburg.”
Nuttig toepassen
Er zijn nog veel resterende vragen, zoals: hoe sterk is het netwerk van die strengen? Hoe verandert dit systeem bij bepaalde longziekten? Wat is de minimale afstand die zo’n streng nodig heeft om te roteren? En waarom hebben grotere zoogdieren deze strengen wel, en kleinere niet? „Ik verwacht dat het bij een giraf net zo werkt als bij ons, maar voor zover ik weet is dat ooit onderzocht. Dat zou wel leuk zijn.”
Zelf was Bos naar haar promotie toe aan een nieuwe uitdaging. „Ik ging op zoek naar enigszins tastbare systemen waarbij je dit soort kennis nuttig zou kunnen toepassen”, vertelt ze. „Dat had bijvoorbeeld gekund bij het RIVM, of bij ziekenhuizen. Maar toen zag ik deze vacature en realiseerde ik me: de aarde, oceanen, duurzaamheid… dat spreekt me toch eigenlijk meer aan.”
Ze onderzoekt nu, samen met oceaanprofessor Erik van Sebille, hoe macroplastics (stukken plastic groter dan 5 cm) zich via oceaanstromingen over de aarde verspreiden. „Daarbij spelen eenzelfde soort interacties tussen de deeltjes, de vloeistof en de oppervlakteprocessen, zoals wind en stroming. Ik zal zelf vooral werken aan modellen en met bestaande data, maar ik ben ook al een keer meegeweest met collega’s om drifters uit te zetten in de Waddenzee: drijvende ‘frisbees’ voorzien van gps die we maanden gaan volgen.”
Bos en haar IMAU-collega’s willen hun modellen gebruiken om de bron van plastics in de oceaan te traceren en te voorspellen waar ze heengaan en eindigen. Het is heel belangrijk dat we dit verschijnsel beter begrijpen, benadrukt ze. Maar: „Uiteindelijk heb je politieke besluitvorming nodig om te zorgen dat er geen plastic meer in de omgeving terechtkomt. Dat is de enige echte oplossing van dit probleem.”
