Plastic is dood, of eigenlijk levenloos. Maar gebruik het om een kunstmatige cel van te maken en je komt toch verdraaid dicht bij iets wat op leven lijkt. Nijmeegse chemici ontwierpen een plastic cel waar werkende plastic organellen in ronddrijven die individuele stappen van een chemische reactie van elkaar scheiden. Een primeur.
“Life in plastic, it’s fantastic!”, zong de Scandinavische popgroep Aqua ruim vijftien jaar geleden in hun nummer 1-hit ‘Barbie Girl’. Het nummer gaat over Barbie en Ken die, in een wereld van plastic, zelf hun leven en uiterlijk kunnen vormgeven. “Imagination, life is your creation”, roepen de zangers verkleed als de plastic poppen enthousiast.
Leven en plastic is zo’n gekke combinatie nog niet. Dat je met plastic inderdaad leven kunt vormgeven, daar gaf de onderzoeksgroep van Jan van Hest van de Radboud Universiteit Nijmegen onlangs een heel andere draai aan. In hun poging een levende cel te imiteren maakten ze, in samenwerking met Franse collega’s, kunstmatige cellen van plastic. De plastic onderdelen van de cel kunnen voor het eerst verschillende individuele stappen van een chemische reactie uitvoeren. In een echte cel gebeurt dat ook. De bevindingen staan in het vakblad Angewandte Chemie.
Aparte kamertjes
De chemie van een levende cel is voor wetenschappers nog relatief onbekend terrein. Duizenden ingewikkelde reacties die tegelijkertijd plaatsvinden op een klein oppervlak, in verschillende afgezonderde onderdelen van de cel. Al die verschillende chemische reacties zijn in een cel van elkaar gescheiden door kleine afgesloten structuren: de organellen. Zie de cel als een huis waarin de organellen de badkamer, slaapkamer, woonkamer, toilet en alle overige ruimtes zijn. Voor een cel is zo’n indeling voordelig: de gescheiden kamertjes houden reacties of moleculen die elkaar in de haren vliegen uit elkaars buurt.
Door deze indeling kunnen series van reacties plaatsvinden. Dat houdt in dat het eindproduct van de eerste reactie de tweede reactie mogelijk maakt. Het verloop van de tweede reactie zwengelt de derde reactie weer aan enzovoort. Neem bijvoorbeeld de citroenzuurcyclus: een serie van reacties verantwoordelijk voor afbraak van eiwitten, vetten en suikers tot kooldioxide en water. De citroenzuurcyclus verloopt in meerdere kamertjes van de cel waarbij verschillende enzymen en moleculen betrokken zijn.
Organellen van polymeren
Maar hoe imiteer je het probleemloze verloop van al die reacties in een kunstmatige cel? De Nijmeegse chemici probeerden het met plastic organellen in een plastic cel. Het team maakte kleine bolletjes van polymeren met daarin verschillende enzymen die de organellen voorstelden. Die bolletjes brachten ze samen in een druppeltje water. Dat druppeltje werd op zijn beurt ook omgeven door een polymeerlaagje om zo een celmembraan te imiteren. In de waterdruppel zelf dreven ook enzymen, net zoals in het cytoplasma van een cel.
De moleculen die nodig waren om een reactie te starten zijn klein genoeg om zelf de polymeerbolletjes in en uit te bewegen. De enzymen zijn echter te groot en bleven in het bolletje opgesloten. Met deze opzet kon het team in hun plastic cel een serie van vier reacties laten verlopen. Het eindproduct gemaakt in het ene bolletje bracht een nieuwe reactie op gang in een ander bolletje.
In de laatste stap ontstond er een fluorescerend molecuul; het zichtbare bewijs dat de serie reacties succesvol was verlopen.
Het leven begrijpen
Snel werken de plastic organellen overigens nog niet. Na 24 uur was pas 10 tot 25% van de reacties verlopen. In de natuur gaat dat razendsnel. De onderzoekers denken dat de enzymen niet specifiek genoeg werkten op de fluorescente moleculen, die daardoor maar langzaam omgezet worden. Maar dat nemen ze op de koop toe, want fluorescentie is de beste manier om te zien of de reacties überhaupt verlopen.
Dit onderzoek naar cel-achtige structuren is van grote biologische en chemische betekenis, volgens de onderzoekers. Jan van Hest: “Door deze dingen na te maken, leren we levende cellen steeds beter te begrijpen. En op een dag maken we zelf iets dat daar erg veel op lijkt…”