Synthetische cel en bacterie praten met elkaar

Levensechte imitatie

We moeten ons dus niet te veel blindstaren op de definitie van leven, vindt Mansy. In plaats daarvan moeten we ons concentreren op de mate waarin synthetische (kunstmatige) cellen lijken op een natuurlijke, levende cel. Zodat je synthetische cellen onderling met elkaar kunt vergelijken en bepalen welke het meest lifelike, ‘levensecht’ is.

Mansy en collega’s hebben zich hiervoor laten inspireren door de Turingtest, waarmee je kunt beoordelen of een computer menselijke intelligentie vertoont. Je laat een mens vragen stellen aan een ander mens en aan een computer, die beiden schriftelijk antwoord geven. Kan de ondervrager op basis van de antwoorden het onderscheid bepalen? Zo niet, dan is de computer geslaagd voor de test, want die is blijkbaar in staat de menselijke intelligentie voldoende te imiteren.

In dat imiteren zit de slimmigheid, want je omzeilt de lastige discussie over wat menselijke intelligentie precies is. Het principe van ondervragen kun je ook toepassen op cellen, want levende cellen communiceren volop met elkaar. In de cellulaire Turingtest van Mansy en collega’s laat je een bacterie (eencellig, dus gelijk aan een levende cel) reageren op de communicatiesignalen van een soortgenoot en van een synthetische cel. Hoe kleiner het verschil in respons, hoe meer de synthetische cel lijkt op het natuurlijke voorbeeld.

Vettige belletjes

De natuurlijke cel in het experiment van Mansy is Vibrio fischeri, een bacterie waarvan de verschillende communicatiesignalen en -processen uitvoerig in kaart zijn gebracht. De synthetische cellen zijn liposomen, belletjes met een vettig membraan. De liposomen bevatten geen genetisch materiaal (DNA), maar wel alle enzymen die een bacterie nodig heeft om genetische informatie af te lezen en te vertalen naar de productie van eiwitten. Aan zo’n liposoom werd een stukje DNA toegevoegd met daarop de informatie voor het maken van een eiwit dat V. fischeri gebruikt als communicatiesignaal. Experimenten lieten zien dat de synthetische cel in staat was om een signaal uit te sturen dat V. fischeri op de reguliere manier kon oppikken en verwerken.

Bacteriën reageren op signalen van buitenaf door meer of minder van bepaalde eiwitten te gaan maken. De communicatiesignalen beïnvloeden de genexpressie. Dit is de vakterm voor het proces waarin een gen wordt afgelezen en omgezet in de instructies voor het maken van het betreffende eiwit. Een hogere genexpressie betekent een hogere productie van dat specifieke eiwit. Om te bepalen of V. fischeri het verschil merkt tussen een signaal van een soortgenoot en dat van een synthetische cel, bepaalden de onderzoekers eerst hoe de genexpressie eruitziet bij de onderlinge communicatie tussen V. fischeri. Dit namen ze als een nullijn.

Vervolgens lieten ze V. fischeri reageren op de synthetische cel die het communicatiesignaal uitstuurde en keken ze weer naar de genexpressie in de bacterie. Ze zagen dat de expressie van 107 genen was veranderd ten opzichte van de respons op V. fischeri. Hetzelfde experiment deden ze ook met lege synthetische cellen; dezelfde liposomen met enzymen als eerst, maar zonder het vermogen om signalen uit sturen. Dit contact zorgde voor veranderde genexpressie in 175 genen, 68 meer dan bij de functionele synthetische cellen. Het verschil laat zien dat de respons van de bacterie op het eerste type synthetische cel minder afwijkt van de natuurlijke respons dan bij het tweede ‘lege’ type. De onderzoekers concluderen hieruit dat synthetische cellen met een communicatiesignaal levensechter overkomen dan cellen zonder zo’n signaal. Sheref Mansy laat desgevraagd weten dat ze nu bezig zijn om uit te zoeken wat de functie van die genen is.