Biologen hebben een kunstmatige cel ontwikkeld die zichzelf gedeeltelijk kan vermenigvuldigen. Deze ‘cel’ is gemaakt met slechts 36 bestaande genen van bacteriën. Het is nog geen echt levend organisme – maar het scheelt niet veel meer.
De ‘SpudCell’ wordt door zijn makers gepresenteerd als een grote doorbraak in de synthetische biologie. Dat is deels terecht: het is een cel, maar nog niet helemaal wat je een levende cel zou noemen.
Dankzij zijn 36 genen kan de SpudCell zijn DNA kopiëren en zich op een primitieve manier delen. Daarvoor heeft hij wel veel hulp van buitenaf nodig. Bovendien houdt het proces na ongeveer vijf celdelingen op. Toch is dat een flinke stap voorwaarts ten opzichte van eerdere pogingen, waardoor dit misschien wel het indrukwekkendste staaltje bio-engineering tot nu toe is.
De SpudCell is ontwikkeld door bioloog Kate Adamala en haar collega’s van de Universiteit van Minnesota in de Verenigde Staten. Het onderzoeksteam maakt hun werk nu gratis beschikbaar voor iedereen, zodat andere onderzoekers de cel verder kunnen ontwikkelen – bijvoorbeeld tot een versie die zich onbeperkt kan blijven delen.
Wat is de SpudCell?
De SpudCell is een stap richting een minimale levensvorm waarvan biologen alle functies volledig begrijpen. Eerdere pogingen om zo’n minimale cel te maken, begonnen met bestaande bacteriën, waaruit vervolgens zoveel mogelijk genen werden verwijderd. Zo slaagden biologen er in 2016 in een bacterie met oorspronkelijk 901 genen terug te brengen tot een met 473 genen.
Het team van Adamala pakte het radicaal anders aan: zij begonnen met 36 genen. De meeste daarvan zijn afkomstig van de bacterie E. coli. Daarnaast gebruikten de biologen enkele genen van bacteriofagen – virussen die bacteriën infecteren – en een gen uit een kwal dat codeert voor een fluorescerend eiwit, zodat de cellen onder de microscoop zichtbaar zijn.
Is de SpudCell levend?
Nee. De SpudCell kan weliswaar een aantal dingen die levende cellen ook doen, zoals DNA kopiëren en zich delen, maar doet dat nog erg inefficiënt. Bovendien lukt het alleen met de nodige ondersteuning van de onderzoekers. Het team liet bijvoorbeeld zien dat de cellen kunnen evolueren in de zin dat een gunstige mutatie ervoor zorgt dat sommige cellen beter presteren. Die mutatie ontstond echter niet spontaan, maar werd bewust ingebracht. ‘Ik zou de SpudCell pas echt levend noemen als hij zich onbeperkt kan blijven vermenigvuldigen én in staat is tot Darwiniaanse evolutie’, zegt Adamala.
Kun je het dan wel een kunstmatige cel noemen?
Dat hangt af van de definitie die je hanteert. De SpudCell is door onderzoekers gemaakt en heeft een paar eigenschappen die een echte cel ook heeft. Tegelijkertijd bestaat hij grotendeels uit onderdelen van bestaande organismen, met name die 36 genen. De cel is dus niet volledig vanaf nul opgebouwd. Je kunt de SpudCell het beste zien als een extreem uitgeklede E. coli-bacterie, aangevuld met enkele genen van andere bacteriën, virussen en een kwal.
Hoe is de SpudCell in elkaar gezet?
De biologen verdeelden de 36 genen over zeven ringvormige stukjes DNA en maakten daar een flink aantal kopieën van. Die kopieën voegden ze vervolgens toe aan een oplossing die alle andere benodigde stoffen bevatte die cellen nodig hebben, zoals de bouwstenen voor DNA en eiwitten, plus vetmoleculen die vanzelf kleine blaasjes vormen die op cellen lijken. Sommige van deze blaasjes namen gaandeweg alle zeven delen van het genoom op.
Om de cellen in leven te houden, bevatten twee van de genen instructies voor eiwitten die poriën in het celmembraan vormen. Via die openingen kunnen kleine moleculen de cel binnenkomen. Grotere moleculen worden aangevoerd in kleine vetblaasjes die versmelten met de SpudCell. De cel krijgt dus alle bouwstenen van buitenaf aangeleverd, omdat hij ze zelf nog niet kan maken.
Hoe deelt de SpudCell zich?
De biologen voegden grote eiwitten toe aan de oplossing die zich binden aan de poriën in het membraan. Doordat die eiwitten elkaar verdringen, buigt het membraan. Soms snoert zo’n uitstulping zich dan af tot een nieuw, afzonderlijk blaasje.
Die deling verloopt nog niet netjes in twee gelijke helften. De dochtercellen krijgen willekeurig een aantal van de zeven DNA-ringen mee. Veel nieuwe cellen beschikken daardoor niet over alle benodigde genen.
Waarom zitten alle genen niet op één DNA-molecuul?
Dat zou inderdaad de kans vergroten dat elke dochtercel alle genen meekrijgt, maar volgens Adamala is het technisch erg lastig om met zulke grote stukken DNA te werken. ‘Zodra we tevreden zijn over het definitieve genoom, willen we alle genen wel samenbrengen op één groot stuk DNA.’
Waarom stopt de celdeling na ongeveer vijf rondes?
Dat is nog onduidelijk. Waarschijnlijk komt het doordat de SpudCell geen ribosomen kan maken: de moleculaire fabriekjes die eiwitten produceren. Die moeten nu nog van buitenaf worden toegevoegd. ‘We vermoeden dat het falen van de ribosomen de reden is dat de cellen uiteindelijk stoppen met delen’, zegt Adamala. Zodra de SpudCell zelf ribosomen kan maken, zou hij zich mogelijk onbeperkt kunnen blijven vermenigvuldigen. Volgens Adamala is dat doel binnen afzienbare tijd haalbaar.
Waarom maken onderzoekers eigenlijk zo’n kunstmatige cel?
Vrijwel alle chemicaliën waarop onze samenleving draait, van kunststoffen tot bestrijdingsmiddelen, worden nu gemaakt uit olie en aardgas. Je kunt cellen gebruiken voor de productie van deze stoffen, maar omdat de stoffen veelal giftig zijn, zouden ze normale cellen doden. Synthetische cellen kunnen zo worden ontworpen dat ze tegen het gif bestand zijn.
‘We willen uiteindelijk alle stoffen die worden gewonnen uit aardolie met levende systemen kunnen produceren, zodat we afscheid kunnen nemen van olie. Dat is goed voor het klimaat en de samenleving’, zegt Adamala.
Kan de SpudCell gevaarlijk worden?
Nee. Het is een aan bed gekluisterd monster van Frankenstein dat met de lepel gevoerd moet worden. De cel kan onmogelijk op hol slaan.
Zelfs als biologen erin slagen de SpudCell volledig tot leven te brengen, is het onwaarschijnlijk dat hij buiten een laboratorium of fabriek kan overleven. Bestaande bacteriën vormen een veel grotere bedreiging dan deze kunstmatige cel ooit zal zijn.
Geef een reactie