A protein in a box

Exactly one year ago today I defended my doctoral thesis in Delft. Fast-forward one year, and I find myself writing these words in the California sun. How different life has become! Having embarked on an exciting new project, I am now challenged to think about a whole new universe of fascinating problems. Yet I do enjoy looking back every now and then to remember the good times of grad school. The good times of a protein in a box.


What is life? At the very least it is a concept that we humans find surprisingly difficult to define. Though generally wet and dynamic1, arguments about what defines life inevitably involve terms like ‘reproduction’, ‘growth’, and ‘adaptation’ – matters very common to cells and viruses alike, yet whether the latter belong to the category of living things is a matter of ongoing debate. For the purpose of this thesis (as well as for my own understanding), I adopt a less materialistic and more conceptual definition of life:

Life is a process brought forward by the self-organization of molecules, a process that seemingly violates the second law of thermodynamics2 as it increasingly acquires and maintains information over timescales that vastly exceed the lifetime of the molecules holding this information.

In this manner the distinction between a virus and a cell becomes rather meaningless: viruses are just as much part of the process that we know as ‘life’ as a homo sapiens like you or me is.3 In addition, it allows me to conveniently classify my thesis work as “an effort to gain better understanding of the molecular processes and building blocks of life”. Though this classification is rather broad – as myriads of doctoral theses written over the past century or so belong to this category – my thesis belongs to a relatively small and novel subcategory of the ‘gaining insight into the building blocks of life’ class by making use of two concepts: single-molecule and bottom-up approach.

Continue reading “A protein in a box”

As the sun sets over South Holland

A Great New Adventure Out West starts. More on that later, but for now a small visual tribute to two places very dear to me: a place that taught me how to be a scientist, and a place that stole my heart.

rotown from Fenix

The view from a place I loved to watch the sun go down, perhaps a place known for its touch of champagne socialism, but boy what a fantastic spot. And what about this one, though perhaps not Oxford’s ‘Bridge of Sighs‘ this was taken from, the view is a more majestic one if you ask me:

Euromastjestic

There I so many things that I could, maybe should, or probably wish I had written about the city of Rotterdam, the city which I had come to call my home during the final stretch of my PhD (and, what turned out to be my final time in The Netherlands, that is). I wanted to have written how I truly love the fact that in many ways this place was the proud antipode to Amsterdam, an unpolished diamond, a harbor city and a place with rough edges, yet culturally rich and beautiful at its core not unlike the beloved city of my teenage years, Antwerp; how this place cuts strait through a lot of the BS so adorned in the capital, a place of doing instead of talking about doing; how it is the only city in the country that has a true metropolitan feel; how, unlike other Dutch cities, this place did not give me the sense of being a mere spectator in my own country, and so on and so forth. In short, how by a historic and gruesome twist of fate this city had become the non-conformist rebel of the Low Countries, and how this place finally made me feel truly at home in my country of birth for the first time in my life. But as with so many things floating around in one’s head, only minute fractions end up in writing. Perhaps for the better, as I was probably too busy enjoying life. Anyway, enough rambling, let’s let the pics do some of the talking: Continue reading “As the sun sets over South Holland”

Rel-igie

Mijn schriftelijk pleidooi van vorig jaar krijgt een ludiek vervolg. Waar ik letterlijk pleitte voor minder – en niet méér – verzuild gedrag, wist de seculiere initiatiefnemer mij te vertellen dat zij hiermee hetzelfde doel voor ogen hebben, namelijk: het ridicule, of in ieder geval het schijnheilige, van de originele advertentie aan willen stippen. Het blijft wachten op een coming out voor de flying spaghetti monster.

Opgewaaid stof?

Tus fuss (1)

 

The main actors.

My Tus paper in the news, those interested can start reading up. Again, more to follow

 

Supporting conversations

During a recent conversation with a technician, let’s call him ‘Cherry Maker’ (CM, not to be confused with cherry picker), I wanted to know what being support staff meant to him. “Assimilation.” he answered, and after seeing my puzzled face, he added: “It’s becoming what you always dreaded as a researcher.” “Well”, I said, “isn’t that a bit dramatic?” CM: “No! I find it quite funny. When I was a young grad student a long time ago, I found the sight of a technician going home at 5, irrespective of the status of the experiment, horrifying. Same when a technician’s interest in a paper did not go beyond his/her own contribution.”

The distorted views of academia. This image is really spot on (@biomatushik – http://sotak.info/sci.jpg)

“Now” he said with an ironic smile, “I can just feel those looks from grad students as soon as I leave for home at around 5! Look Bojk,” CM said in his usual tongue-in-cheek manner, “you PhDs like to think it’s all about you and your research, but as a technician you have come to realize that hierarchy and continuity come first, then comes a whole lot of nothing and other stuff, and then come the PhDs…” Me: “So where’s the assimilation part in this and why is this funny?” CM: “Because I realize now that every researcher-turned-support unavoidably assimilates towards this other way of thinking, irrespective of the initial world view. It’s nurture pur sang!”

Continue reading “Supporting conversations”

Scientific lubricant

Remember me writing about how stressful life as a last-year grad student was? How many of us walk around sleep deprived, nervous and pale in the face? Forget about all that, life as a final year grad student rocks!

Climbing peaks in Aspen: single-molecule biophysicists in the Rockies. (Steve Block’s Single-Molecule Biophysics meeting, Aspen, CO)

Let me tell you why. For the better part of 3 years you have spent an innumerable amount of time trying to figure out why you are the right (wo)man for the job, messing up, experimenting with flexible working hours, procrastinating, doing useful and less useful experiments, isolating yourself from family/friends/daylight, feeling insecure about your future and ignoring important e-mails from department secretaries. You may even have contemplated quitting, or at least pondered what life would be like as a diving instructor, mountaineering guide or Buddhist monk. But now all of a sudden the mist that clouded you so hopelessly has cleared up as if being burnt away by the morning sun: now you have a story to tell. This means it’s conference time!

And some more in the Alps (Kavli institute Delft retreat, Courchevel, France). 

Those outside academia might now be wondering whether the clearing of the above-mentioned mist also took away my last bit of sanity, but those in science know better. For scientists may not earn six-figure salaries, they will not find themselves surrounded by groupies on a regular basis, and they may have to spend days on end measuring in a basement, but I have to say: they sure know how to treat themselves to a proper intellectual retreat.

Continue reading “Scientific lubricant”

Het ei is gelegd: een polymerasepaper in 4 stappen

Zo, het heeft even geduurd, maar eindelijk is het dan zover: het ei is gelegd. In de vorm van een artikel, dat dan weer wel. Leefde ik aan het eind van mijn eerste jaar (anno 2012) nog in de waan dat het een kwestie van weken zou zijn voor publicatie, weet ik nu dus wel beter. Het p2 onderzoek waar ik een flinke bijdrage aan heb geleverd – waardoor het werk een stevige positie in mijn toekomstige proefschrift heeft gekregen – heeft van begin tot eind zo’n 7 jaar in beslag genomen.* Karakteriseren met termen als ‘uitputtingsslag’ of ‘marathon’ zou derhalve een understatement zijn. Hoewel het gros van de data in 2012 al gemeten is, heeft het verhaal in de jaren daarna met name wat dataverwerking en -analyse betreft nog een enorme ontwikkeling doorgemaakt. Wat we nu presenteren is een compleet verhaal geworden dat zowel op experimenteel als op theoretisch vlak vernieuwend is. Dit zeg ik niet alleen omdat ik bevooroordeeld ben, om 4 redenen brengt dit werk wat nieuwe dingen naar voren, begin hier met lezen!

NB Is deze tak van sport helemaal nieuw? Lees dan hier waarom we überhaubt aan een enkel molecuul zouden willen meten, hier een inleiding over de magnetische pincet (magnetic tweezers) en hier mijn vorige verslag over dit project. Continue reading “Het ei is gelegd: een polymerasepaper in 4 stappen”

1. Eindelijk fatsoenlijke MT statistiek dankzij multiplexen.

Om te beginnen, waar de single-molecule magnetic tweezerstechniek zich hiervoor beperkte tot statistieken van enkele tot maximaal enkele tientallen metingen, omvat deze studie bij elkaar ruim 1000 unieke metingen aan individuele RNA polymerases. Technische vooruitgang op het gebied van camera’s en trackingsoftware hebben dit mogelijk gemaakt. Hoewel wij niet de enige groep zijn die dit soort technische vooruitgangen boekt, laten wij de mogelijkheden die de techniek biedt zien aan de hand van een biologisch vraagstuk. Zonder deze capaciteitsuitbreiding was dit onderzoek niet mogelijk geweest.

Grootte van het beeld anno 2009.

Anno 2011, toen ik begon met het opnemen van data, lag de maximale hoeveelheid RNA moleculen die we tegelijk konden visualiseren met behulp van magnetische balletjes – ik noem ze beads vanaf nu – rond de 80 op een goede dag. Nu ligt dat op 500-600. Dat dit mogelijk is ligt aan een combinatie van twee dingen: 1) meer megapixels in een camera: in 2011 hadden we een 1.4 megapixel camera, nu een 12 megapixel camera. 2) Een norme ontwikkeling in de software die het mogelijk maakt om gigabytes aan data per seconde te kunnnen verwerken. Er is dus aan het RNA-preparaat niets veranderd, het is de grootte van het oppervlak die we met een foto kunnen bestrijken (zonder kwaliteitsverlies) dat enorm is toegenomen. De echte uitdaging ligt hier voor ons natuurlijk niet in het kopen van een camera met meer megapixels, maar in hoe we ervoor zorgen dat een pc deze enorme toename aan hoeveelheid data nog steeds binnen een redelijke tijd kan verwerken.

Continue reading “1. Eindelijk fatsoenlijke MT statistiek dankzij multiplexen.”

2. Onbevooroordeelde dataverwerking: de dwelltime-analyse.

Goed, je hebt je x,y,z data, en dan? Dwelltime-analyse is een abstracte term voor een vrij eenvoudige methode. Niet al te ingewikkeld dus, maar eerder op dit soort data toegepast? dat niet. Wat ik eerder heb laten zien was dat een polymerase dubbelstrengs RNA omzet in enkelstrengs RNA (een verplaatsing van y baseparen) over een tijd x. Met andere woorden, de polymerase heeft een snelheid gemeten in baseparen per seconde, die we willen weten. Als die snelheid constant zou zijn is het makkelijk: de verplaatsing uitgezet tegen de tijd is dan lineair – de snelheid zouden we meteen af kunnen lezen.

Positie van RNA polymerase versus tijd.

Dat is in feite wat er tot nu toe altijd gedaan is: de polymerasesnelheid wordt gemeten voor elk stukje van het (door de polymerase afgelegde) traject waarvan het lijkt dat de snelheid constant is. Met andere woorden: elk stukje van het traject waar je een rechte lijn tegenaan kunt leggen levert je een snelheidsvector op. Klaar! Zou je zeggen. Maar: hoe weet je zeker dat een stuk waar je een lijn tegenaan legt ook daadwerkelijk een constante snelheid vertegenwoordigt? Akkoord, voor een ruwe schatting is dit prima, anno 2005 had je zo in Nature gestaan. Maar het is 2015 en een meting aan een enkel molecuul is geen wereldwonder meer. Toch vormen dit soort metingen een onmisbare bron aan informatie over de dynamiek van deze moleculaire kopieermachines.

Continue reading “2. Onbevooroordeelde dataverwerking: de dwelltime-analyse.”