In Delft creëert een vrouw leven uit een oersoep van technologie

Op bezoek bij een technogodin in het groen.
05 juni 2017, 9:17am
Artistieke weergave van een synthetische cel, Credits: Graham Johnson

Mensen vragen zich al 2500 jaar af wat leven nou precies is. Wanneer leeft iets? En is het ooit mogelijk om dat leven na te bouwen? Voor een definitief antwoord ga ik op bezoek bij Marileen Dogterom, nanobioloog, natuurkundige en op dit moment de wetenschappelijk coördinator voor een bak geld van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek. Ze heeft 25 miljoen 'gekregen' om een kunstmatige cel te bouwen. Feitelijk maakt ze leven uit het 'niets'. Dat maakt Dogterom een soort evolutionaire godin. Een godin in een groene jas, die de wending inluidt van een nieuwe tak aan de evolutionaire boom: de synthetische.

Het project, 'Building a Synthetic Cell' (BaSyC) is een gezamenlijk initiatief van TU Delft, Rijksuniversiteit Groningen, VU Amsterdam, Wageningen University & Research, Radboud Universiteit Nijmegen en AMOLF. En dat is best wel uniek in het land van de wetenschap. Al die mensen samen willen dan ook een van de grote vragen van deze eeuw beantwoorden, opgesteld door de Wetenschapsagenda van het KNAW: Kunnen we een synthetische cel bouwen? En als we zo'n cel maken, hebben we dan leven gemaakt? En wat leren we van dat proces? Waarom werkt een cel als je een aantal onderdelen bij elkaar gooit?

Om een beeld te krijgen van alle antwoorden op deze vragen krijg ik ook een groene jas, zodat ik het zogeheten "grottenstelsel" van Dogterom in kan. Daar staan alle microscopen, op trillingsvrije platen, mechanisch losgekoppeld van de buitenwereld, zodat ze op nanoschaal kunnen meten.

Als we een kunstmatige cel kunnen maken uit individuele bouwstenen, hebben we dan leven gemaakt?

Terwijl we door de gangen lopen vraag ik waarom we nou eigenlijk een kunstmatige cel willen bouwen. Dogterom vertelt me dat het gebrek aan begrip op het niveau tussen het allerkleinste molecuul en de net iets grotere werking van de hele cel allemaal barrières opwerpt. Bijvoorbeeld voor het ontwikkelen van medicijnen, voor het gebruik van bio-organismen of voor het maken van materialen. Want we weten wel veel van wat een cel doet, en we weten ook veel van de onderdelen van een cel, maar ergens daar tussenin ligt een gat. Het is alsof je snapt hoe een motor werkt, en dat een auto rijdt, maar waarom je gaat rijden door gas te geven een raadsel is.

Terwijl Dogterom me langs de wetlabs leidt, legt ze uit wat de praktische resultaten van haar onderzoek kunnen zijn. Dat klinkt als een kelder in de Berghain, maar er wordt gewoon met lange spuiten vloeistof geïnjecteerd... Het maken van een levende cel kan ervoor zorgen dat we de effecten van medicijnen in een compleet gecontroleerde omgeving kunnen testen, of met volledige controle materialen en brandstoffen te maken. Zo kunnen ze kleine celfabriekjes groeien en weer opruimen op het moment dat ze er klaar mee zijn.

Artistieke weergave van de uiteindelijke droom van de BaSyC-groep. Beeld: TU Delft

Het idee om een kunstmatige cel te bouwen bestaat al lang, maar nu pas lijken de mogelijkheden om een vorm van minimaal leven te bouwen binnen bereik. Dat komt voornamelijk omdat het genoom, de samenstelling van het genetische materiaal van een organisme, cel of virus, pas sinds de 21e eeuw bekend is.

Daardoor kennen we nu de moleculaire componenten van een cel: de motoren, de assen en de wielen. Maar dat samenvoegen tot iets wat je een simpele vorm van leven kan noemen dat kan en doet nog niemand. En daar gaat Nederland nu proberen de volgende grote stap in te zetten.

We vervolgen onze weg naar de de duistere kamers waar microscopen, lasers en onderzoekers het beste gedijen. Ik vraag Dogterom wat ze nou eigenlijk verstaat onder De Leven. Haar eerste antwoord is de werkdefinitie die ze gebruikt voor het onderzoek: "Iets wat zelf kan groeien, informatie kan overdragen in de vorm van DNA en kan delen."

Voor een uitgebreider antwoord neem ik contact op met filosoof Hub Zwart van de Radboud Universiteit Nijmegen. Hij doet onderzoek naar de ethische, filosofische en maatschappelijke vragen die het BaSyC-project oproept. Want of 'het' dan leeft, daar kun je filosofische gesprekken over hebben. En dat doen filosofen dan ook al 2500 jaar. Hij is vooral geïnteresseerd in wat het leven nou bijzonder maakt. En dat is anders voor een filosoof dan voor een microbioloog.

Voor Zwart kunnen er twee functionele antwoorden uit het onderzoek komen. Zo kan het onderzoek slagen voor Dogterom. Dan lukt het om een synthetische cel te bouwen, die lijkt op, reproduceert als, en functioneert als een biologische cel. Dan heb je volgens Zwart "de ontzettend hoge mate van complexiteit van het leven doorgrond."

Je kunt je echter ook vragen of er niet nog iets anders 'magisch' nodig is voor leven. Pinocchio leeft nog niet nadat Geppetto hem heeft gebouwd. Volgens Zwart is er voor echt leven zelforganisatie nodig. Je moet jezelf ook een beetje in elkaar kunnen zetten, en je kunt je afvragen of dat wel bij een synthetische cel gebeurd. Maar dat is precies waarom hij dit project zo interessant vindt. Of er nou wel of geen leven wordt gevonden, je ontdekt in ieder geval wat er nog nodig is om het laatste gat tussen leven en niet leven (dood?) te dichten

Maar hoe bouw je zo'n cel nou? Dat begint ermee dat dat genoom, de genetische code van alles wat we kennen, nu bekend is of makkelijk te achterhalen is. De gebruiksaanwijzing is er dus al. We weten alleen nog niet precies in welke volgorde we de stappen moeten uitvoeren. Door onderzoek van Craig Venter, een synthetisch bioloog die al twintig jaar bezig is om tot de basis van het leven te komen, weet het onderzoeksconsortium dat de kleinste cel die nog werkt 473 genen heeft.

Hoe doe je dat? Om een cel te bouwen moet je weten wat de genen doen, en dat is bij zo'n twee derde van de 473 nu al bekend. Vervolgens moet je die genen, die elk een taak vervullen, opsplitsen in kleinere groepjes, die voor een enkele functie belangrijk zijn. Een gedeelte van de genen zorgt er voor dat je energie kan produceren in je cel. Weer andere genen dat de celdeling kan plaatsvinden, enzovoorts. Ervoor zorgen dat je eerst die basisfuncties bij elkaar krijgt, is dan ook de eerste stap in het onderzoek. Je begint met 1, 5 of 10 moleculen en pas als dat werkt, ga je onderdelen bij elkaar zetten. Om maar even het autovoorbeeld van Dogterom terug te halen:

"Als je wilt weten hoe een auto werkt, en alle onderdelen op straat liggen, ga je nooit begrijpen hoe hij werkt. Als je eerst onderdelen bouwt, is het makkelijker. En gedurende dat proces kom je er misschien achter wat bij elkaar hoort, en hoe een auto gaat rijden."

Tijdens de wandeling door het laboratorium besef ik dat ik inmiddels een auto-expert ben, maar nog steeds niet precies weet hoe ver we al zijn. Ik word uit de brand geholpen door Jerwin de Graaf, communicatieadviseur van de TU, die me wel kan vertellen waar Nederland nu al staat. Want de kleinere onderdelen kunnen nu al deels gebouwd worden. Zo kunnen ze in Groningen celmembranen de brandstof voor cellen laten maken, bouwen ze in Delft al onderdelen om celdeling mogelijk te maken en weten ze in Nijmegen en Amsterdam al het correcte DNA te verdubbelen.

Van die 473 genen die nodig zijn voor een levende, kunstmatige cel is de functie van een derde nu nog niet bekend. En dat gat hoopt de Building-a-Synthetic-Cell (BaSyC) groep te dichten. Ze zijn blij als het ze over vijf jaar is gelukt om alle essentiële onderdelen die een cel nodig heeft na hebben kunnen bouwen. Als die onderdelen over langere tijd blijven werken, en als ze ook enigszins samen beginnen te werken. Maar het leerproces is even belangrijk als de uitkomst, voor Zwart en Dogterom.

Teruglopend naar het lichte kantoor, uit de donkere laboratoria voegt ze nog toe dat het ook gewoon een puzzel is, en als je daar steeds een stukje van aan kan leggen blijft dat haar motivatie.

Ze is niet bezig leven te creëren. Ze ploetert gewoon hard door, en als je daarvoor experimenten honderd keer, misschien wel duizend keer moet mislukken voordat ze lukken, en jezelf in een donker hok moet opsluiten, weet je zeker dat je genoeg motivatie hebt om wetenschapper te zijn. Puzzelstukje voor puzzelstukje. Geen godenwerk, maar monnikenwerk.