Door Wim Swinnen

Is het mogelijk om in het labo nieuw leven te creëren? Via het ontwikkelen van synthetische cellen komen we steeds dichter bij het antwoord op die vraag.

‘Leven is een systeem dat zichzelf in stand weet te houden door zich te reproduceren en te evolueren. Daartoe moet het energie kunnen verwerken en gebruiken. Voorts moet zo’n systeem in staat zijn informatie uit te wisselen en zowel te reageren op als zich aan te passen aan de omgeving.’

Aan het woord is Jan van Hest, hoogleraar bio-organische chemie (Technische Universiteit Eindhoven). Hij slaagde erin kunstmatige cellen met levensechte eigenschappen te maken, wat onder meer inhoudt dat ze met elkaar kunnen communiceren.

’Chemische communicatie vormt de basis van ons leven’, stelt Van Hest. ‘

Mensen, dieren, planten, schimmels, bacteriën – alles wat leeft – communiceert. Met soortgenoten of met andere organismen. Vriendelijk of vijandig. Bewust of onbewust – het houdt ons in leven. Zonder communicatie zouden meercelligen, zoals wijzelf, niet bestaan.’

‘Dankzij onderlinge signalen vormen verschillende cellen samen weefsels en organen die op de juiste manier functioneren. En daardoor kan ons lichaam als geheel weer functioneren.’

Van Hest wijst erop dat het leven per definitie uit levenloze materie ontstond. Een levende cel is niet meer dan een verzameling moleculen, die op zichzelf niet levend zijn, maar wel in interactie met elkaar gaan. ‘Moleculen herkennen elkaar en vormen zo de basis van waaruit slimmere systemen zich kunnen ontwikkelen.’

‘Nu is het wel zo dat het leven niet van de ene dag op de andere is ontstaan. Het was een proces dat miljarden jaren heeft geduurd. Alles begon met een moedermolecule, waaruit het leven zich heeft ontwikkeld. We hebben nog altijd niet kunnen achterhalen welke molecule dat precies was. Als we die konden identificeren, zouden we dat proces onder goed gecontroleerde omstandigheden opnieuw kunnen starten in een labo.’ 

‘Levensachtig’ gedrag

Om kunstmatige cellen te maken vertrekt Van Hest van bestaande moleculen. ‘We maken eerst capsules die lijken op levende cellen. Daar brengen we bepaalde processen in waardoor een kunstmatige cel eigenschappen gaat vertonen van een levende cel. Bijvoorbeeld: de mogelijkheid om te bewegen.’

‘Dat laatste zien we bij alle levende organismen: ze zijn doorlopend op zoek naar voedsel of naar een soortgenoot om zich voort te planten. Daarnaast kunnen we kunstmatige cellen uitrusten met het vermogen om op basis van moleculaire signalen te reageren op elkaar en op de omgeving. Hierbij maken we gebruik van bestaande systemen en biologische processen die we kopiëren vanuit de levende natuur en in kunstmatige cellen stoppen. De bedoeling is levensachtig gedrag in te bouwen’

Geen biologisch leven zonder metabolisme, het vermogen om voedsel om te zetten in energie en vervolgens afvalstoffen af te scheiden. ‘Naast het inbouwen van informatieoverdracht is het integreren van metabolische processen een van de grote uitdagingen van het onderzoek inzake kunstmatige cellen. We maken veel gebruik van natuurlijke systemen zoals enzymen die dergelijke processen mogelijk maken door energie te creëren. Elk levend organisme, zelfs een enkele cel, heeft voortdurend energie nodig om te blijven bestaan.’

Van Hest is ervan overtuigd dat het ons vroeg of laat zal lukken levende cellen te creëren. Daarover bestaat echter geen wetenschappelijke eensgezindheid. ‘Aan de ene kant heb je onderzoekers die zeggen dat we zo weinig weten over hoe een levende cel is opgebouwd, dat het nooit haalbaar zal zijn om er zelf een te maken. Daar staat tegenover dat het afgelopen decennium zoveel vooruitgang is geboekt in het kunstmatige-celonderzoek dat ik het niet uitsluit dat we er over enkele tientallen jaren in zullen slagen een minimale vorm van leven te creëren.’

Zendstation

‘De grote uitdaging bestaat erin vanuit een aantal moleculen een systeem te bouwen dat in staat is zichzelf in leven te houden, zichzelf te kopiëren en een metabolisme in stand te houden. Het is een droom, waarvan ik niet weet of ik die in mijn levensloop nog in vervulling zal zien gaan. De beroemde natuurkundige en Nobelprijswinnaar Richard Feynman zei ooit: “Wat ik niet kan creëren, begrijp ik niet.” Dat geldt volgens mij ook voor levende cellen. Pas als je eigenhandig een levensvorm kunt maken, is het mogelijk de processen te doorgronden die daarvoor cruciaal zijn.’

Nieuw leven creëren: het klinkt wat akelig, maar is het niet vooral hoogmoedig? ‘Leven is er al’, verdedigt Van Hest zich. ‘Als we het in een labo zouden creëren, zou het erg gelijken op bestaande levenssystemen. Het is niet dat je iets ontwikkelt dat er nog niet is. Het gaat veel meer om te begrijpen hoe leven is ontstaan en hoe een cel functioneert.’

De oorsprong van het leven zal wel altijd een raadsel blijven, geeft Van Hest toe, ‘want we kunnen nu eenmaal niet terug naar de tijd toen het is ontstaan. Wel kunnen we een plausibele theorie opstellen, gevalideerd met experimenten, waarbij de verschillende stadia van de ontwikkeling naar leven zijn getest. Daarnaast heeft het onderzoek een toegepaste waarde, namelijk om een beter begrip te krijgen van hoe een cel opereert en functioneert, waaruit hopelijk ook nieuwe medische behandelingen kunnen voortvloeien.’

‘Een kunstmatige cel die in staat is met zijn omgeving te communiceren, meer bepaald met levende cellen, kun je gebruiken als een soort zendstation om andere cellen instructies te geven zich te ontwikkelen tot een soort weefsel. Dat zou kunnen dienen om, bijvoorbeeld, weefsel te herstellen dat niet zo goed meer functioneert. Zoiets lukt met botweefsel al vrij goed, maar als het wat complexer wordt, bijvoorbeeld een lever- of nierfunctie repareren, heb je weefsel nodig dat ook veel complexer van opbouw is.’ 

Overigens is er volgens Van Hest geen reden om bang te zijn voor Frankenstein-toestanden, waarbij zelf gecreëerd leven aan onze controle ontsnapt. ‘Het huidige onderzoek gaat louter om het nabootsen van bestaande biologische processen, waarbij we bekijken hoe die samenwerken om een systeem te vormen dat zichzelf in stand kan houden. Als we iets dergelijks ontwikkelen zal het dermate simpel en rudimentair zijn, dat je er niet veel anders mee kan doen dan het als een testsysteem gebruiken in een labo-omgeving. Het is hoogst onwaarschijnlijk dat je die technologie zou kunnen gebruiken om nieuwe organismen te maken die heel anders zijn dan de organismen die we kennen op aarde.’