Tijdens het afscheidsinterview doet een fruitvliegje verwoede pogingen om de schrijfstift voor de voeten te lopen. Van der Eb, die zijn eigen kamer al heeft ontruimd, heeft voor de komende tijd onderdak gekregen bij de afdeling Stralengenetica en Chemische Mutagenese, waar deze insecten de belangrijkste proefdieren zijn. De nieuwe plek bevalt hem uitstekend. Een van de onderwerpen waarmee hij zich ook na zijn emeritaat nog wil bezighouden is het effect van straling op cellen. “Die onderzoekslijn stamt nog uit de tijd dat ik officieel was aangesteld bij het IRS (het Instituut voor Radiopathologie en Stralenbescherming). Het heeft al die jaren, in samenhang met ons overige onderzoek, een continue stroom van ontdekkingen opgeleverd en recent zijn er weer een aantal heel interessante dingen op dat gebied gevonden”, aldus Van der Eb.
De loopbaan van Van der Eb weerspiegelt de triomftocht van de moleculaire biologie in de afgelopen decennia. Toen hij in 1964 voor zijn promotie-onderzoek naar het Medisch Biologisch Laboratorium in Rijswijk kwam om bij de Leidse hoogleraar prof. dr. J.A. Cohen onderzoek te doen naar de oorzaken van kanker, was er eigenlijk nog niets bekend over het ontstaan van deze ziekte. “Er waren wel hypothesen, maar daar kwam je niet verder mee”, aldus Van der Eb in zijn afscheidscollege. “Alleen de waarnemingen, dat chemische stoffen die mutaties in bacteriën opwekken vaak kanker in dieren veroorzaakten, bood enig houvast. Het gaf aan dat kanker een gevolg kan zijn van mutaties. Mutaties dus in genen”.
Het virus als moleculair ingenieur
Inmiddels is bekend dat kanker ontstaat door een opeenvolging van beschadigingen (mutaties) in de erfelijke informatie, die opgeslagen ligt in het DNA in de celkern. In 1964 was er nog geen enkele mogelijkheid om iets zinnigs te zeggen over het DNA. Het was bekend dat dit molecuul als drager van erfelijke informatie kon optreden, maar tegelijkertijd wist men dat het totale DNA van de mens of een ander zoogdier veel te groot was om te analyseren. Men was technisch niet in staat om deze veelheid van informatie te ‘lezen’ of anderszins te manipuleren. Het was alsof men de harde schijf van een moderne computer probeerde te ‘kraken’ met een telraam.
Van der Eb besloot om dit probleem te omzeilen door gebruik te maken van de moleculaire expertise van virussen.Deze zeer primitieve levensvormen bestaan immers vrijwel geheel uit erfelijk materiaal (RNA of DNA). Zij hebben meestal slechts enkele genen, en zijn in staat om cellen van planten of dieren binnen te dringen en die cellen ‘over te nemen’. De biochemische machinerie van de cel gaat vervolgens in plaats van eigen eiwitten, de viruseiwitten en het erfelijk materiaal van het virus aanmaken. Als er voldoende virusdeeltjes gevormd zijn, barst de cel open en komen myriaden kopieën van het virus te voorschijn, klaar om andere cellen te infecteren. Zo onaangenaam als dit proces is voor iemand die aan een virusinfectie leidt, zo boeiend is het als men wil weten hoe DNA werkt. Een virus slaagt er immers in om met een minimum aan middelen grote veranderingen in de cel te veroorzaken. In 1964 was het voorstelbaar, dat men het erfelijk materiaal van een virus ooit zou kunnen analyseren. De genen van het virus die zulke effectieve moleculaire ingenieurs blijken te zijn, zouden aanknopingspunten kunnen bieden om de werking van de cel te begrijpen.
Tumoren door virussen
De keuze om een virus te bestuderen in het kankeronderzoek kwam niet uit de lucht vallen. Al sinds het begin van deze eeuw was bekend dat er in de dierenwereld vormen van kanker bestaan die veroorzaakt worden door virussen. Eind jaren vijftig werden ook DNA-virussen gevonden die hiertoe in staat zijn – de eerste kankerverwekkende virussen hadden RNA als erfelijk materiaal. Zij hebben een ander mechanisme van vermenigvuldiging, waardoor zij minder geschikt waren voor het toenmalige onderzoek. Kort voordat Van der Eb aan zijn promotie-onderzoek begon, werd een nieuwe groep DNA-virussen ontdekt die kwaadaardige veranderingen in cellen veroorzaken: de adenovirussen. Deze virussen en hun DNA zijn tot op de dag van vandaag de rode draad in zeer veel onderzoek in de groepen van Van der Eb. Voor de mens zijn zij onschuldig; sommige adenovirussen kunnen een hinderlijke verkoudheid veroorzaken, maar gevaarlijk zijn zij nooit. Bij knaagdieren kunnen bepaalde typen adenovirus gezonde cellen veranderen in tumorcellen. In het laboratorium blijkt dat alle adenovirussen knaagdiercellen veranderen (transformeren) in tumor-achtige cellen. De nieuwsgierigheid van de wetenschap was gewekt. Het zou echter geruime tijd duren voordat er enigszins bevredigende antwoorden kwamen. “Het leek allemaal heel mooi, maar de komende vier promotiejaren vielen tegen, en droegen niet veel bij aan de vraag hoe adenovirussen kanker veroorzaken. De enige troost was dat ik niet de enige was”, aldus Van der Eb in zijn afscheidscollege.
Steeds meer vat op DNA
In de loop der tijd heeft de moleculaire biologie een assortiment gereedschappen verworven, die knutselen op moleculair niveau tot een alledaagse routine maken: methoden om actief DNA in cellen te introduceren, enzymen die het DNA op specifieke plaatsen ‘knippen’ en het zo in overzichtelijke brokstukken opdelen, apparaten die automatisch de volgorde van DNA-bouwstenen bepalen, diverse technieken om DNA in cellen en bacteriën te vermenigvuldigen en een apparaat dat van elk gewenst DNA-fragment uit een mengsel vele honderdduizenden kopieën maakt zodat men een miniem stukje erfelijke informatie kan vinden in een brei van signalen – om maar enkele van de meest spectaculaire technieken te noemen.
Een eerste doorbraak kwam tot stand in het laboratorium van Van der Eb. De Canadese postdoc dr. F. Graham zocht een methode om zuiver DNA in cellen te krijgen op een manier dat het DNA in de cel wordt ‘afgelezen’. Hij wilde aantonen dat het mogelijk is om met zuiver virus-DNA de productie van virusdeeltjes in de cel te bewerkstelligen, met andere woorden om ‘infectieus DNA’ te maken. Na ruim een jaar hard werken, toen men de moed al had opgegeven, vond Graham een techniek die erop neerkomt dat men de DNA-moleculen laat ‘meeliften’ met kleine kristalletjes calciumfosfaat. Deze techniek wordt tot op de dag van vandaag wereldwijd toegepast als een van de goedkoopste en meest effectieve technieken om werkzaam DNA duurzaam in de celkern te introduceren. “Had de Leidse Universiteit toen een patent aangevraagd, dan had het er in Leiden misschien anders uitgezien”, zegt Van der Eb in zijn afscheidscollege.
In combinatie met de eerdergenoemde selectieve DNA-‘knippers’, de restrictie-enzymen die in de jaren zeventig mondjesmaat beschikbaar kwamen, slaagde de Leidse groep er als eerste ter wereld in om een specifiek DNA-fragment in cellen te introduceren. Het ging uiteraard om een stuk adenovirus-DNA, namelijk het gedeelte dat verantwoordelijk is voor de kwaadaardige transformatie van cellen. Het latere onderzoek zou zich voornamelijk concentreren op de genen in dat fragment, het E1A-fragment.
Genetische remmen losgegooid
“Het is niet de bedoeling van het virus om de cel in een tumorcel te veranderen, daar heeft een virus geen enkel belang bij. De veranderingen die door het E1A fragment veroorzaakt worden, zorgen er voor dat niet-delende cellen weer gaan delen. In niet-delende cellen vindt bijna geen synthese van DNA plaats, en het virus moet voor zijn vermenigvuldiging de DNA-synthese activeren”, aldus Van der Eb. E1A slaagt er met enkele genen in om in de cel een revolutie te veroorzaken. Genen die de cel normaal beschermen tegen kwaadaardige veranderingen zoals ongeremde celdeling, worden uitgeschakeld. De natuurlijke rem van elke cel op kwaadaardige verandering wordt dus door het virus-DNA losgegooid. Een speciale onderzoeksgroep onder leiding van dr. A.G. Jochemsen richt zich sinds de jaren tachtig op deze tumorsuppressorgenen. Bij sommige erfelijke vormen van kanker is een van deze genen beschadigd. De kans dat een van de vele cellen van het lichaam afglijdt naar kwaadaardige verandering wordt daardoor blijkbaar veel groter.
De Leidse onderzoekers losten ook het raadsel op van de twee soorten adenovirussen, kankerverwekkend en niet-kankerverwekkend. E1A van kankerverwekkende adenovirussen schakelt genen uit die verantwoordelijk zijn voor de herkenning van afwijkende cellen door het afweersysteem (de genen voor de HLA-eiwitten). De beginnende tumor ontsnapt zo aan het afweersysteem, zodat er kanker kan ontstaan. De andere adenovirussen kunnen wel knaagdiercellen veranderen in tumorcellen, maar die afwijkende cellen worden vervolgens rap opgeruimd door het afweersysteem. Onderzoek naar deze verschijnselen en hun mogelijke toepassing bij immuuntherapie van kanker vindt nog steeds plaats in het LUMC, maar dan in de laboratoria van de afdelingen Klinische Oncologie en Immunohematologie.
Het virus als geneesmiddelenkoerier
De expertise van Van der Eb en zijn medewerkers op het gebied van adenovirussen kreeg nog een andere toepassing toen in de jaren tachtig het idee opkwam om (erfelijke) ziekten te genezen via gentherapie. Deze onderzoekslijn begon met de promotie van D. Valerio en kreeg een vervolg in een eigen onderzoeksgroep onder leiding van dr. R.C. Hoeben en een commerciële activiteit in de vorm van het bedrijf Introgene dat gerund wordt door de inmiddels tot hoogleraar benoemde Valerio. Gentherapie is het genezen van een ziekte door het introduceren van een of meer genen in cellen. Door in te grijpen in de kern van de cel kunnen erfelijke aandoeningen, maar ook ziekten als kanker effectiever worden aangepakt, zo is de gedachte. In de praktijk blijkt het nog niet eenvoudig te zijn om een DNA-fragment in grote aantallen cellen te introduceren. De meeste technieken maken gebruik van virussen, die als drager (vector) van het gewenste gen fungeren. Het erfelijk materiaal van het virus wordt bewerkt, zodat het virus zich niet meer kan vermenigvuldigen. Het is immers niet de bedoeling dat de patiënt genetisch gemodificeerde virussen gaat rondniezen. Het virus is nog wel in staat om het eigen erfelijk materiaal, samen met het menselijke gen, in cellen te introduceren. Vervolgens kan het gen zijn heilzame werk gaan doen.
De ideale vector is nog niet gevonden of gemaakt, maar adenovirussen hebben een aantal eigenschappen die goed van pas komen. In Leiden beschikte men, eveneens dankzij Graham, over een unieke cellijn waarin adenovirussen vermenigvuldigd kunnen worden die zelf niet in staat zijn om zich te vermenigvuldigen. Deze cellen zijn ideaal voor de productie van gemodificeerde adenovirussen die veilig toepasbaar zijn als vector voor gentherapie. Samen met Introgene werden varianten van deze cellen gemaakt die de veiligheid nog verder vergroten. De kans dat er levend gemodificeerd adenovirus uit de cellen van de patiënt naar het milieu ontsnapt en zich vermenigvuldigt is hiermee nihil geworden. “Ik denk niet dat het kwaad zou kunnen als zo’n virus zou ontsnappen, maar je weet het niet absoluut zeker. Je moet dus optimale veiligheidsmaatregelen treffen”, aldus Van der Eb.
Een nieuw virus, nieuwe hoop
Het Leidse kankeronderzoek kreeg een nieuwe impuls door een ontdekking die voortkwam uit een wetenschappelijke ‘schnabbel’: contractresearch naar een virus dat bloedarmoede bij kippen veroorzaakt. Het ‘Chicken Anaemia Virus’ (CAV) is een van de meest compacte virussen die er bestaan. Het heeft slechts drie genen. Deze simpele hoeveelheid DNA-informatie is voldoende om jaarlijks grote financiële schade te veroorzaken in de pluimvee-industrie. M. Notenborn onderzocht hoe de CAV-genen de aanmaak van bloedcellen aantasten. Zo vond hij het eiwit apoptin, dat bijna magische eigenschappen bleek te hebben. Het zet in cellen het mechanisme in gang dat bekend staat als apoptose of geprogrammeerde celdood. Elke cel beschikt over het vermogen om op een nette manier zichzelf op te ruimen. Kankercellen missen deze eigenschap soms en zijn dan ongevoelig voor behandeling met bestraling en chemotherapie. Het apoptin-eiwit blijkt juist kankercellen selectief aan te zetten tot apoptose. Dat maakt het een mogelijk geneesmiddel, dat al dan niet via gentherapie kankercellen onschadelijk kan maken.
Hoewel in proefdieren indrukwekkende resultaten zijn geboekt, is het nog te vroeg om te spreken van een doorbraak in het kankeronderzoek. Dat men wel hoop heeft dat apoptin een nuttig wapen zal worden in de strijd tegen kanker, blijkt uit de oprichting van het biotechnologische bedrijf Leadd door de Universiteit Leiden en het veterinair-farmaceutische bedrijf Aesculaap. Een deel van het wetenschappelijke onderzoek wordt overigens onder leiding van Notenborn voortgezet binnen het laboratorium van Van der Eb.
Wetenschap niet te veel tevoren plannen
Het voorbeeld van de ontdekking van apoptin geeft aan, dat samenwerking tussen universiteit en bedrijfsleven ook voor de wetenschap vruchtbaar kan zijn. Zo’n samenwerkingsrelatie leidt er bovendien toe dat de resultaten van wetenschappelijk onderzoek sneller aan de maatschappij ten goede komen. Bij de weg van ontdekking naar toepassing is het bedrijfsleven nu eenmaal een onmisbare schakel. Van der Eb beseft dat die toepassingen van groot belang zijn; de Nederlandse Kankerbestrijding is niet voor niets een regelmatig terugkerende financier van zijn onderzoek. “Het wordt hoog tijd dat de moleculaire biologie iets gaat waarmaken van alle mooie beloften, zeker op het gebied van de behandeling van kanker”, zei hij eens in een interview.
Hij twijfelt er niet aan dat uiteindelijk uit het fundamentele onderzoek belangrijke doorbraken zullen voortkomen op het gebied van kanker en andere ziekten. “Maar ik durf niet te zeggen, wanneer dat gaat gebeuren. Begin jaren tachtig waren er verscheidene vooraanstaande deskundigen die in vraaggesprekken met de media voorspelden dat binnen tien jaar het probleem kanker opgelost zou zijn. Inmiddels zijn we een stuk voorzichtiger geworden. Ik zie zeker positieve ontwikkelingen, maar de toepassingen zijn nog niet rijp voor de kliniek. Die toepassing is uiteindelijk het doel waar je naar streeft, ook al ben je er niet dagelijks mee bezig terwijl je in je laboratorium aan het werk bent”.
Van der Eb is een warm pleitbezorger voor het fundamentele onderzoek zelf. In zijn afscheidscollege spreekt hij de vrees uit dat men de wetenschap te veel van tevoren wil plannen. Door de aanvraagprocedures voor subsidies uit de tweede en derde geldstroom ontstaat volgens hem ’het gevaar dat het onderzoek in een keurslijf gedwongen wordt. “Behalve de kans te verzanden in een onnodige papierwinkel, bestaat het risico dat de onderzoekers te weinig ruimte krijgen voor niet-van-tevoren-gepland onderzoek”, aldus Van der Eb in zijn afscheidscollege. Goed wetenschaps-management betekent volgens hem dat men ook ruimte laat voor het beantwoorden van vragen die niet in de planning zijn opgenomen, maar die zich tijdens het onderzoek voordoen. Dat zijn immers juist de wegen die soms ineens verrassende nieuwe inzichten opleveren, zoals de ontdekking van het apoptin tijdens een studie die bedoeld was om een vaccin voor kippen te ontwikkelen.
“Er was een paar jaar geleden een sterke tendens in de politiek en in de adviesorganen om alleen maar toepassingsgericht onderzoek te willen stimuleren. Er zijn academische centra geweest die zich te veel aan die tendens hebben aangepast. Dat leidt tot verschraling, want het fundamentele onderzoek is vaak de bron waar echt nieuwe dingen uit voortkomen. Ik ben erg blij dat de Raad van Bestuur van het LUMC nu kiest voor sterk fundamenteel onderzoek binnen het geheel van medisch wetenschappelijk onderzoek. Mijn opvolger, prof. Verrijzer, is een fundamenteel onderzoeker en er komen in onze afdeling nog enkele hoogleraren bij die ook moleculair biologisch onderzoek zullen verrichten. Ik zie de toekomst van onze afdeling dan ook zeker positief.”