Hoe is leven op aarde eigenlijk ontstaan? Die vraag houdt wetenschappers al tientallen jaren bezig. Onderzoekers van de Universiteit van Minnesota hebben nu een opvallende stap gezet richting een antwoord. Ze ontwikkelden een kunstmatige cel die volledig vanaf nul is opgebouwd én zichzelf kan delen. Dat is een belangrijke mijlpaal binnen de synthetische biologie.
Het onderzoek richt zich op abiogenese. Dat is de theorie die beschrijft hoe leven ooit uit levenloze stoffen is ontstaan. Hoewel wetenschappers nog lang niet alle puzzelstukjes hebben gevonden, laat deze nieuwe ontwikkeling zien dat enkele van de meest fundamentele eigenschappen van leven kunstmatig kunnen worden nagebootst.
Kunstmatige cel met minimale bouwstenen
De onderzoekers ontwikkelden een celachtig systeem dat de naam SpudCell kreeg. In plaats van een volledig natuurlijk genoom bevat deze kunstmatige cel slechts ongeveer 90.000 basenparen aan genetische informatie. Die zijn verdeeld over negen losse DNA-strengen.
Binnen de cel bevinden zich ook 36 verschillende gezuiverde enzymen. Alles zit verpakt in een klein vetbolletje dat als celmembraan dient. De SpudCell kan voedingsstoffen opnemen uit zijn omgeving en gebruikt die om te groeien. De cel kan zich vervolgens zelfstandig delen. Dat klinkt eenvoudig, maar juist dat proces bleek jarenlang een van de grootste obstakels binnen de synthetische biologie.
Belangrijke stap voor wetenschappers
Normale levende cellen delen zich met behulp van een ingewikkeld netwerk van eiwitten dat als een soort intern skelet fungeert. Zo’n systeem volledig nabouwen is bijzonder lastig. De onderzoekers vonden daarom een andere oplossing. Hun kunstmatige cel gebruikt ophopingen van specifieke membraaneiwitten om zichzelf in tweeën te splitsen.
Volgens synthetisch bioloog Kate Adamala is dat een enorme doorbraak. “Dit is waarschijnlijk het spannendste project waar ik ooit aan heb gewerkt.” Ze benadrukt dat haar team nu iets heeft bereikt wat voorheen alleen in levende organismen mogelijk was. “We hebben in de chemie nagebootst wat vroeger alleen in de biologie mogelijk was: het volledige gedrag van een cel. Het bewijst dat de meest fundamentele functies van leven, zoals groei en voortplanting, geen mysterieuze of magische vonk nodig hebben.”
Lees ook: 10 science-fiction films die je absoluut moet zien maar waarschijnlijk hebt gemist
SpudCell een vorm van evolutie
De onderzoekers gingen nog een stap verder. Ze pasten één gen kunstmatig aan, waardoor sommige SpudCells meer eiwitten produceerden die nodig zijn om voedingsstoffen op te nemen. Die aangepaste cellen groeiden sneller dan hun soortgenoten. Daarmee bootsen de wetenschappers een belangrijk principe van evolutie na. Kleine genetische verschillen zorgen ervoor dat sommige varianten beter presteren dan andere. Adamala noemt het onderzoek dan ook pas het begin. “We laten zien dat het mogelijk is om de basisfuncties van een cel te ontwerpen.”
Grote kansen voor geneeskunde
De ontdekking kan in de toekomst veel meer opleveren dan alleen nieuwe kennis over het ontstaan van leven. Kunstmatige cellen zoals SpudCell zouden ooit kunnen dienen als kleine biologische fabrieken die medicijnen produceren. Ook kunnen ze helpen bij het ontwikkelen en testen van nieuwe therapieën, zonder dat daarvoor direct levende organismen nodig zijn.
Wetenschappers hopen bovendien dat dit soort systemen meer inzicht geeft in de allereerste stappen die miljarden jaren geleden leidden tot het ontstaan van leven op aarde. Wel is enige voorzichtigheid op zijn plaats. Het onderzoek is op dit moment nog niet door onafhankelijke wetenschappers beoordeeld via peer review. Desondanks zien veel onderzoekers de SpudCell nu al als een veelbelovende stap richting het ontrafelen van een van de grootste mysteries uit de biologie.
Lees ook: Kill Block bouwt tijdens het spelen steeds een nieuwe Call of Duty-map
Lees ook
