Esther Thole - 15 oktober 2021
Wie de minimale vereisten van het leven op aarde wil begrijpen, komt uit bij de cel. Een team van wetenschappers probeert deze kleinste eenheid van het leven nu zelf te bouwen.
Deze wetenschappers proberen het leven opnieuw te scheppen
Wie de minimale vereisten van het leven op aarde wil begrijpen, komt uit bij de cel. Een team van wetenschappers probeert deze kleinste eenheid van het leven nu zelf te bouwen.
Wat is leven? Het is een vraag waarover de knapste en minder knappe koppen duizenden jaren lang hun hoofd hebben gebroken. Een vraag ook die je op verschillende manieren kan beantwoorden. Een Nederlands onderzoeksverband probeert sinds een paar jaar een antwoord te formuleren met behulp van biotechnologie. Dat zit zo.
De kleinste eenheid van het leven is de cel. Al het leven op aarde bestaat uit cellen. Voor sommige levensvormen is één cel genoeg, zoals bacteriën of gist. Planten en dieren daarentegen zijn conglomeraten van immense hoeveelheden cellen. Voor ons eigen lichaam lopen de schattingen al snel in de duizenden miljarden. En al die cellen vormen ieder voor zich een zelfstandige, levende entiteit. Wat maakt de cel zo anders dan alles wat niet leeft?
Dat is geen triviale vraag, want een cel bestaat zelf volledig uit levenloze componenten. Iedere cel is in feite een piepklein, flexibel zakje gevuld met water waarin van alles ronddrijft: eiwitten, suikers, DNA, zouten en nog veel meer. Er omheen zit een vettig laagje dat de boel bij elkaar houdt. Al deze onderdelen zijn 'gewone' losse moleculen, van heel klein (water) tot heel groot (eiwitten, DNA). En geen enkele daarvan leeft. Maar samen, in precies de juiste organisatie, kunnen ze iets levends vormen. Iets dat kan groeien, dat zich kan delen en zo voor nieuwe levende cellen zorgt en dat kan evolueren. Wie de minimale vereisten van het leven wil begrijpen komt dus automatisch uit bij de cel. Daar ligt de overgang van losse, levenloze onderdelen naar een levend geheel.
Hoe kunnen we dit begrijpen?
Een beproefde manier om te ontrafelen hoe iets werkt is door het zelf proberen na te bouwen. In dit geval door een synthetische cel te creëren. Een levende cel die niet is ontstaan vanuit een andere levende cel, maar die door de mens is ontworpen en gemaakt. Want hoewel we dankzij tientallen jaren onderzoek inmiddels niet alleen heel veel weten over wat er in een cel zit en hoe al die onderdelen werken – zo kunnen we inmiddels ook losse componenten isoleren, produceren en manipuleren - is het nog niemand gelukt om vanaf nul een levende cel in elkaar te sleutelen.
‘Dat geeft dus al meteen aan dat we het niet begrijpen’, constateert Marileen Dogterom, hoogleraar bionanowetenschappen aan de TU Delft, droogjes. ‘Er is nog van alles op fundamenteel niveau dat we niet weten en dan is zelf proberen een cel te bouwen wat mij betreft een heel goede manier om meer te leren over hoe leven werkt.’
Nog net niet
Die omslag betekent niet dat de beoogde synthetische cel binnen handbereik is. Het consortium heeft nog zes jaar te gaan, maar toch tempert Dogterom de verwachtingen. ‘We hebben drie niveaus gedefinieerd, variërend van een heel eenvoudige versie die niet nog netjes kan delen en veel hulp van ons nodig heeft tot een zelfstandig werkende cel die echt in de buurt komt van een natuurlijke levende cel.’ Op die laatste hoeven we niet te rekenen. ‘Ons doel is nu de allersimpelste versie.’
Een volwaardige synthetische cel die zich kan meten met zijn natuurlijke tegenhangers is dus nog steeds toekomstmuziek. Maar het kan ooit lukken. En in de tussentijd komen er wellicht allerlei halfbakken varianten tot 'leven'.
Concrete toepassingen zijn er uiteraard nog niet, maar ideeën komen wel voorbij. Een vaak geopperde mogelijkheid is het ontwikkelen van nieuwe productieprocessen waarbij synthetische cellen als miniatuurfabriekjes bijvoorbeeld brandstoffen, chemicaliën of ingrediënten voor geneesmiddelen maken. Dat zou veel 'groenere' processen opleveren, omdat synthetische cellen - net als de bacteriën en gisten die nu al worden gebruikt - onder heel milde omstandigheden hun werk doen. Zonder hoge temperaturen, vervuilende oplosmiddelen of giftige metalen.
Cellen bouwen
Dogterom is mede-oprichter en voorzitter van het BaSyC consortium: 'Building a Synthetic Cell'. Een samenwerkingsverband van achttien Nederlandse onderzoeksgroepen dat in 2017 is gestart met een subsidie van €18,8 miljoen. Het doel van BaSyC is om vanuit moleculaire componenten - denk aan eiwitten en DNA - een nieuwe, levende cel op te bouwen. Een cel die qua soorten componenten heel erg lijkt op de cellen die we kennen, maar die tegelijkertijd geen exacte kopie is van een bestaande cel.
Voor iedere 'module', zoals Dogterom het noemt, wordt gezocht naar een zo eenvoudig mogelijke samenstelling. Zo'n module is bijvoorbeeld het systeem waarmee een cel zijn energie opwekt die weer de productie van nieuwe bouwstenen aandrijft. Of het proces waarmee DNA wordt gekopieerd ter voorbereiding op het delen van de cel. De BaSyC-onderzoekers halen hun inspiratie uit natuurlijke, levende cellen en gebruiken die voorbeelden om nieuwe, minimale systemen te ontwikkelen.
De afzonderlijke modules functioneren inmiddels aardig, maar de grote uitdaging is om al die losse systeempjes aan elkaar te rijgen tot een werkend geheel. ‘Dat wordt nu onze prioriteit, zegt Dogterom. ‘Natuurlijk zijn we allemaal nog steeds heel geïnteresseerd in meer fundamentele kennis over onze 'eigen' modules, maar het is tijd om meer als ingenieurs te werk te gaan en echt iets bouwen. Daar leer je ook heel veel van.’
Van wie is de cel?
Hoe kijken ze bij BaSyC hiernaar? Wat hebben we straks concreet aan synthetische cellen? Dogterom zucht even. ‘Die vraag komt altijd voorbij, maar voor mij is de drijfveer echt om beter te begrijpen hoe het leven in elkaar zit.’ Tegelijkertijd weet ze natuurlijk heel goed dat het creëren van leven niet zomaar iets is dat je kunt verantwoorden met een behoefte aan fundamentele kennis.
Het BaSyC-consortium heeft daarom het Rathenau Instituut gevraagd om mee te denken over hoe wetenschappers in gesprek kunnen gaan met de maatschappij over zoiets ongrijpbaars en abstracts als een synthetische cel. Dat heeft geleid tot de oprichting van het Future Panel on Synthetic Life, waarin sociologen, filosofen, kunstenaars, journalisten, veiligheidsexperts, mensen uit de industrie, juristen en enkele BaSyC-onderzoekers hebben onderzocht hoe je de maatschappij het best betrekt bij zo’n ingrijpende ontwikkeling. Ook staat dat panel open voor ideeën, zorgen en bezwaren vanuit de maatschappij.
Voor Marileen Dogterom was de kennismaking met het Future Panel prikkelend. Het meest inspirerend voor haar was de vraag van wie de synthetische cel uiteindelijk is. ‘Al snel kwamen we op de parallel met het internet. Dat leek bij de start heel democratisch, maar is uitgegroeid tot veel macht in de handen van een kleine groep bedrijven. Die angst leeft ook bij de synthetische cel. We moeten oppassen dat we niet in dezelfde valkuil trappen. Waar ligt de macht als het gaat om de synthetische cel en hebben we als maatschappij vertrouwen in die partijen die de synthetische cel beheren? Dat zijn voor mij de belangrijkste inzichten.’
Dutch Design Week
Om in gesprek te gaan over de synthetische cel met een groter publiek, maakte de Eindhovense ontwerper Mies Loogman van het Future Panel de podcast ‘Herschept’. Ook staat Loogman tijdens de Dutch Design Week met een grote installatie in Eindhoven bij de expositie It's in our Nature.