Nathalie Katsonis onderzoekt hoe minuscule moleculen licht en chemische energie kunnen omzetten in nuttige beweging. Doordeze moleculen gecoördineerd te laten samenwerken ontwikkelt ze nieuwe materialen die zich kunnen aanpassen aan hun omgeving.
Het dirigeren van een moleculair orkest
Van de industriële revolutie tot midden twintigste eeuw domineerde het principe ‘hoe harder, hoe beter’ – materialen werden gewaardeerd om hun sterkte en weerstand. Tegenwoordig zoeken wetenschappers naar andere eigenschappen in materialen. Geïnspireerd door biologische systemen ontwikkelen ze materialen die kunnen buigen, reageren en communiceren.
Nathalie Katsonis ontwikkelt zulke materialen. Ze bestudeert zogeheten ‘moleculaire machines’, minuscule moleculen die kunnen bewegen of van vorm kunnen veranderen in reactie op externe prikkels waaronder uv-licht. Het bijzondere aan haar werk is dat het haar lukt om deze moleculen in tijd en ruimte te laten samenwerken. Je zou het kunnen vergelijken met het dirigeren van een moleculair orkest: pas als alle moleculen samenwerken, ontstaat er muziek, of in dit geval een bruikbaar, adaptief materiaal. Katsonis krijgt dit voor elkaar door gebruik te maken chiraliteit, oftewel de draairichting van moleculen, en door de moleculaire machines in te bedden in materialen die mede geïnspireerd zijn door de architectuur van plantenweefsels. Het resultaat is spectaculair: haar materialen kunnen pulseren, oprollen, verstijven en zelfs exploderen. Met deze baanbrekende ontdekking opende Katsonis een heel nieuw onderzoeksveld. Het wordt beschouwd als een fundamenteel nieuwe benadering in de materiaalkunde: in plaats van statische materialen die onvermijdelijk verouderen, maakt Katsonis materialen die zich kunnen blijven aanpassen. Deze materialen kunnen in de toekomst bijvoorbeeld worden gebruikt in medische toepassingen als alternatief voor harde materialen als staal en keramiek.
Wat het werk van Katsonis zo uniek maakt, is haar vermogen om over de grenzen van verschillende wetenschapsgebieden heen te kijken. Ze combineert inzichten uit de supramoleculaire chemie, nanotechnologie en biologie. Bovendien past ze moleculaire machines niet alleen toe in materialen, maar ook in modellen van eenvoudige cellen.
Deze kennis gebruikt ze nu voor een ambitieus nieuw doel: begrijpen hoe het leven op aarde is ontstaan. Daarbij richt ze zich op RNA, een molecuul dat cruciaal was voor het ontstaan van de eerste levende cellen op aarde. Het bijzondere aan RNA is dat het, net als de moleculaire machines die Katsonis bestudeert, nuttig werk verricht. Het is eigenlijk de ultieme moleculaire machine. Door te begrijpen hoe het werkt in eenvoudige modellen voor de eerste cellen, hoopt ze niet alleen meer te leren over het ontstaan van leven, maar ook bij te dragen aan praktische toepassingen zoals nieuwe medicijnen en vaccins. Katsonis laat zien dat grote wetenschappelijke doorbraken vaak beginnen met bij de kleinste bewegingen.
Nathalie Katsonis (1978) is een chemicus gespecialiseerd in actieve moleculaire systemen. Na haar promotie aan de Sorbonne Université deed ze onderzoek naar kunstmatige moleculaire machines aan de Rijksuniversiteit Groningen (RUG) en richtte later een onderzoeksgroep op over bio-geïnspireerde materialen aan de Universiteit Twente (2011). Nu is ze hoogleraar aan de RUG (2020), waar ze belangrijke subsidies verwierf, waaronder ERC Starting en Consolidator Grants en NWO Veni, Vidi en Vici. Ze was lid van De Jonge Akademie (KNAW), ontving de KNCV Gouden Medaille (2017) en de Sauvage-Stoddart-Feringa Prijs (2024). Als voorzitter van het Van 't Hoff Fonds zet zij zich in voor fundamenteel chemisch onderzoek.
