Het is voor het eerst gelukt om ribosomen, de eiwitfabriekjes in cellen, zich buiten een cel te laten voortplanten. Dat kan helpen de oorsprong van het leven te begrijpen.
Voor het eerst hebben onderzoekers ribosomen zich buiten een levende cel laten voortplanten. De prestatie is een cruciale stap naar het bouwen van kunstmatige cellen die zichzelf repliceren. Ook helpt ze te begrijpen hoe het eerste leven zich begon voort te planten.
Ribosomen zijn de eiwitfabriekjes waar de genetische code van het DNA wordt vertaald in eiwitten, de complexe moleculen die de machinerie van levende cellen vormen. Sommige wetenschappers denken dat ribosomen al bestonden – en zich konden vermenigvuldigen – voordat er cellen waren.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Zeven jaar werken
Toch is de zelfreplicatie van ribosomen ongelooflijk complex. Ze bevatten zo’n tweehonderd moleculen die precies op de juiste manier moeten samenwerken. Wetenschappers hebben grote moeite om dit in het lab na te bootsen. ‘Ribosomen zijn als enige verantwoordelijk voor de eiwitsynthese in alle bekende levensvormen. Maar hoe ribosomen zichzelf repliceren, is een grote vraag’, zegt celbioloog Wataru Aoki van de Kyoto Universiteit in Japan.
Nu hebben Aoki en zijn collega’s de omstandigheden bepaald waaronder ribosomen zichzelf buiten een cel kunnen repliceren. Daarvoor hadden ze zeven jaar gewerkt om de reactie-omstandigheden te optimaliseren.
De onderzoekers stopten DNA dat codeert voor ribosoom-onderdelen in een reageerbuis, samen met ribosomen afkomstig uit de bacterie E. coli. Daaraan voegden zij een aangepaste versie toe van de celvloeistof die uit E. coli-cellen werd gehaald. Onder leiding van een kunstmatig intelligent model stelden de onderzoekers de precieze moleculaire cocktail samen die de zelfreplicatie van ribosomen op gang zou moeten brengen.
Met de winnende formule konden ribosomen zich binnen drie uur repliceren. ‘We dachten eerst dat het vals alarm was. Maar hoe vaak we het experiment ook herhaalden, en op andere manieren analyseerden, we namen het signaal wel degelijk waar’, zegt Aoki.
Kunstmatig leven
Het is onduidelijk of de nieuwe generatie ribosomen zichzelf vervolgens weer repliceerde, en zo ja, hoeveel replicatierondes er mogelijk zijn. Verder onderzoek is nodig om alle componenten in het celextract aan te wijzen die cruciaal zijn voor de reactie.
‘Een ribosoom maken die een kopie van zichzelf maakt, buiten een levende cel, is een enorme mijlpaal’, zegt celbioloog Kate Adamala van de Universiteit van Minnesota. ‘Het is niet alleen belangrijk voor het maken van synthetische cellen, maar ook voor de studie van de oorsprong van het leven.’
’Dit is inderdaad opwindend werk’, zegt biochemicus Jan van Hest van de Technische Universiteit Eindhoven. ‘Het ribosoom is een van de meest complexe machines in onze cellen. Door ze in de reageerbuis te maken, wordt een van de struikelblokken voor de bouw van zelfreplicerende kunstmatige cellen opgelost.’
Wat ik niet kan maken, begrijp ik niet
Leren hoe je kunstmatige cellen maakt, zou onderzoekers kunnen helpen nieuwe onderzoeksinstrumenten en therapieën te ontwikkelen. Aoki citeert in dat kader de theoretisch natuurkundige Richard Feynman: ’Wat ik niet kan maken, begrijp ik niet.’
