Het groeit en deelt. Maar is dit leven?

Beeld Flickr/Les Chatfield

Hoe kun je in een laboratorium leven laten ontstaan? Tot op heden is dat nog geen wetenschapper gelukt, maar een onderzoeksgroep in het Amerikaanse Californië denkt alweer een eindje verder op weg te zijn. De onderzoekers slaagden er in een bolletje te maken dat spontaan groeit en deelt. Alleen ontbeert het nog een kernelement uit de biologie dat alle leven op aarde aanstuurt: de informatiedrager DNA.

De argeloze kijker zal er geen nieuwe levensvorm in ontdekken. En zeker geen monster van Frankenstein. Het laatste succes in synthetisch leven is een miniem fluorescerend groen bolletje.

Om een teken van leven te ontdekken, moet je microscoop-opnames van een maand in een halve minuut afspelen. Dan groeit het bolletje, en splitst het kleine bolletjes af die ook weer groeien. Leven? "Een verkenning van hoe chemie biologie kan worden", stelt de Amerikaanse maker, chemicus Neal Devaraj.

Vier miljard jaar geleden moet het aardse leven ontstaan zijn uit dode materie. Een gebeurtenis waar we nog steeds heel weinig van begrijpen, zegt Devaraj.

Een van de eerste wetenschappelijke ideeën over hoe dat gebeurde, is de oersoeptheorie. Warmte, zonlicht, kosmische straling of misschien de bliksem zorgden ergens in de diepzee of in een toevallig modderpoeltje voor chemische reacties tussen simpele stoffen. Dat leverde complexere stoffen op zoals aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. En die vormden op hun beurt nog complexere stoffen en structuren die zichzelf konden repliceren, het prille begin van de biologie.

Combinaties
Het is nog niemand gelukt het proces in een laboratorium na te bootsen. Ook is het nog een open vraag of het aardse leven zoals wij dat kennen dé biologie is, of dat er nog meer levensvatbare vormen van biologie uit een oersoep kunnen opborrelen. Levensvormen die andere basisstoffen kennen dan DNA, eiwitten, koolhydraten en vetten.

Devarajs onderzoeksgroep in Californië richt zich op de vraag: hoe kan leven in een laboratorium ontstaan? Hij zoekt naar combinaties van zo eenvoudig mogelijke stoffen die spontaan grotere structuren vormen. Creaties die stabiel zijn en zichzelf kunnen repliceren, een van de essentiële eigenschappen van leven. Niet zozeer om de natuur na te bootsen of nieuw leven te creëren. Bij toepassingen denkt Devaraj aan zelfherstellende materialen of materialen die zich aanpassen aan veranderende omstandigheden.

De bouwstenen voor een 'minimaal leven' liggen voor de hand. Vetzuren en andere zeepachtige stoffen verzamelen zich in water spontaan tot bollen. Structuren die als twee druppels water lijken op celmembranen, de omhulsels van bacteriën of dierlijke cellen. In membranen liggen de zeepachtige moleculen zij-aan-zij en met de staartuiteindes tegen elkaar. Dat komt omdat de kop van het molecuul waterminnend is, maar de vettige lange staart juist niet.

Het bolletje van Devaraj: het vesikel in de reageerbuis dat groeit en deelt.

Zeepmolecuul
Devaraj slaagde er onlangs in om met slechts vier verschillende stoffen een bolvormig membraan, een vesikel, te maken, dat spontaan groeit en deelt. De vier stoffen reageren met elkaar tot twee zeepachtige moleculen. Eén van de twee bevat koper en stimuleert de aanmaak van het andere zeepmolecuul. Dat vormt, wanneer er voldoende soortgenoten zijn, een vesikel waarin ook de katalysator zich prima thuisvoelt. Het bolletje groeit daarom door en begint bij een bepaalde grootte 'dochters' af te splitsen. Zolang de uitgangstoffen aanwezig zijn, gaat dat proces door want de katalysator stimuleert ook de eigen aanmaak.

"Fascinerend", vindt de Eindhovense chemicus Bert Meijer het artikel dat Devaraj erover publiceerde in vakblad PNAS. "Voor het eerst zien we dat autokatalyse kan leiden tot groeiende en delende vesikels."

De vesikels bestaan uitsluitend in hun eigen kleine wereldje in de reageerbuis. Maar ze blijken stabiel genoeg om te reageren op kleine veranderingen in de omgeving. Een afwijkende bouwsteen werd opgenomen, een andere buitengesloten. In de verte lijkt dat op aanpassingen aan veranderende omstandigheden. Devaraj wil dan ook kijken tot welke evolutie zijn vesikel in staat is.

Het groene bolletje ontbeert een kernelement uit de bekende biologie. Alle leven op aarde wordt aangestuurd door DNA, of tenminste door RNA, de chemisch wat eenvoudigere variant. In de stof ligt het complete bouwplan vast voor elke levensvorm. Devarajs bolletjes missen zo'n informatiedrager.

Lange weg
Chemicus en Nobelprijswinnaar Jack Szostak van de Harvard universiteit is een van de bekendste onderzoekers naar synthetisch leven. Hij ontwierp in 2013 RNA dat zichzelf kan kopiëren. Meijer is benieuwd naar de combinatie van het RNA met de nieuwe zelfreplicerende omhulsels. Het zou een aantal kernelementen van leven bij elkaar brengen.

Meijer: "Er is nog een lange weg te gaan voordat de transitie een feit is. Maar de vesikel is een belangrijke component waarmee kunstmatig intelligente systemen te bouwen zijn. Kunnen we het beter dan de natuur, is eigenlijk de vraag."

Wat is leven?

Een steen is dood, een vlinder leeft. Maar het ebolavirus? Een pakketje RNA dat zich zonder bewustzijn dodelijk vermenigvuldigt? En kweekvlees: één lichaamscel die groeit en deelt in het lab. Is dat leven? En een bevruchte eicel in een reageerbuis? Al sinds mensenheugenis worstelen we met de definitie van leven. Biologen, filosofen, wiskundigen, ethici, ieder heeft eigen gedachten en definities.

Veel chemici die aan synthetisch leven werken, vinden de hele discussie niet zo relevant. Het gaat hen om het proces: hoe kunnen eenvoudige chemische stoffen complexe op leven lijkende systemen opleveren? Waar de overgang dan precies ligt tussen chemie en biologie is eerder een filosofische vraag.

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden