Kunnen we voor schepper spelen?

Mensen hebben duidelijk verschillende ideeën over wat leven is. Als moderator Desiree Hoving aan de zaal vraagt of een steen leeft, steken slechts twee aanwezigen hun hand op. Een van hen voegt daaraan toe: “Ik vind de steen zelf niet ‘leven’, maar de atomen en moleculen waar de steen uit bestaat wel.” Bij de vraag of een virus leeft, gaan er meer handen in de lucht.

Toch is zowel een steen als een virus geen leven, vertelt hoogleraar organische chemie Bert Meijer van de Technische Universiteit Eindhoven. Iets dat leeft moet voldoen aan zeven criteria, de zogeheten seven pillars of life. Het vermogen om te herstellen, zich aan te passen aan de omgeving en gebruik te maken van energie zijn enkele van die criteria.

Ondanks dat we die criteria kennen, zijn we er toch nog niet achter wat leven precies is. “Toen ik dat laatst aan een basisschoolklas vertelde kreeg ik de vraag: ‘Mijn vader en moeder kunnen wel leven maken, waarom u in een laboratorium niet?’”, vertelt Meijer. Deze vraag laat volgens hem precies zien wat de kwestie zo interessant maakt. Leven is overal, en toch kunnen we het niet maken. Om leven te kunnen maken, moet je beginnen bij de meest simpele vorm van leven, één cel. Pas als we die na kunnen maken, kunnen we leven begrijpen.

Cellen maken

Een cel bestaat uit verschillende onderdelen, waaronder eiwitten, DNA, membranen en heel veel losse moleculen. We weten precies waar een cel uit bestaat. Waarom is het dan zo moeilijk om een cel te maken? “De interactie tussen al die onderdelen is zeer complex en onbekend. Eiwitten plakken aan elkaar en laten elkaar weer los en alles wordt gereguleerd”, aldus Marileen Dogterom, hoogleraar bionanowetenschappen aan de Technische Universiteit Delft. “Al die interacties en processen in cellen willen we namaken, maar hoe dit moet is onbekend. We kennen de spelregels nog niet.”

Simpelweg alle elementen die nodig zijn voor leven bij elkaar gooien en wat schudden, levert je geen levende cel, stelt Meijer. “Ik geloof wel dat we binnen vijftig jaar in staat zijn om een eenvoudige, minimale cel te maken.”

Er zijn twee manieren om zo’n minimale vorm van leven te creëren. Meijer en Dogterom verwijzen naar de Amerikaanse moleculair bioloog Craig Venter. Hij gaat uit van een levende cel en haalt er dan zoveel mogelijk genetisch materiaal uit, terwijl de cel toch blijft leven. Zo is hij erin geslaagd om meer dan de helft van de genen uit een heel eenvoudige bacterie te verwijderen en de bacterie toch in leven te houden. “Het werd wel een beetje een zielige cel”, zegt Dogterom. Deze uitgeklede cel is niet heel robuust, maar kan toch nog – heel langzaam – groeien en delen. Het bijzondere is wel dat van een derde van de overgebleven genen die functie nog onbekend is.

Marileen Dogterom pakt het anders aan. Zij hoopt met haar onderzoeksprogramma, dat tien jaar zal lopen, juist van onderaf een cel op te bouwen. Te beginnen met de losse onderdelen en dan in kleine stapjes het geheel in elkaar zetten. “Denk aan een auto. Wanneer je een auto uit elkaar haalt, weet je nog steeds niet hoe een auto werkt. Maar als je met de onderdelen een werkende auto in elkaar zet, begrijp je de auto pas”, legt Dogterom uit. “Dit geldt ook voor cellen.”

De minimale versie van een levende cel die Dogterom en haar collega’s hopen te maken, moet drie eigenschappen hebben. De cel moet voor zijn eigen energiehuishouding zorgen, er moet informatieoverdracht zijn in de vorm van DNA, en de cel moet kunnen groeien en delen.

Oersoep

Ook het historische Miller-Urey-experiment heeft bijgedragen aan dit onderzoeksveld. Tijdens de pauze neemt Meijer de aanwezigen mee naar de derde verdieping van NEMO, waar hij het Miller-Urey-experiment herhaalt. Het experiment moet laten zien hoe de bouwstenen van het leven op aarde (mogelijk) zijn ontstaan. Drie verschillende gassen – methaan, waterstof en ammonia – en vloeibaar water worden blootgesteld aan elektrische ladingen die de bliksem op de vroege aarde simuleren. We weten inmiddels dat uit deze ‘oersoep’ belangrijke moleculen zoals aminozuren – de bouwstenen van eiwitten – kunnen ontstaan. De grote vraag is nu of dat wederom lukt en of er door kleine aanpassingen in het experiment ook nog andere, interessante bouwstenen opduiken. Het experiment zal de komende vijf jaar lopen.

Plastic bloedvat

Een ander belangrijk aspect bij het begrijpen van een cel is het onderzoek naar de omgeving van de cel. Een cel heeft interactie met de omgeving, bestaande uit een soep van moleculen. Deze soep geeft signalen door aan de cel, vertelt Patricia Dankers, hoogleraar biomedische materialen aan de Technische Universiteit Eindhoven. De cel krijgt bijvoorbeeld vanuit de omgeving het signaal om te gaan delen. Als we deze extracellulaire matrix, zoals de soep in vaktermen heet, kunnen namaken, kunnen we de cel beter begrijpen en beïnvloeden.

“Ethiek is zeker interessant. Is het aan de mens om leven te maken?” vraagt Marileen Dogterom zich af. Patricia Dankers deelt deze bedenkingen. “Ook in mijn vakgebied zijn medisch-ethici betrokken. Mag je met de technologie alleen regeneren of mag je de mens ook verbeteren of zelfs een supermens creëren? Waar is de grens?”

Wat het leven precies is blijft voorlopig nog een mysterie. We kunnen het nog niet maken in een laboratorium. Maar wellicht leidt het onderzoek van zowel Bert Meijer als Marileen Dogterom tot resultaat. Toepassing zoals binnen de regeneratieve geneeskunde, waar Patricia Dankers zich mee bezig houdt, geven in ieder geval een mooi toekomstbeeld.