Dat lijkt de ultieme manier van leven maken: cellen fabrieken die allerlei ook niet biologische functies kunnen uitvoeren. De kunstmatige cellen die Neal Deveraj van de universiteit van Californië in San Diego en zijn medeonderzoekers fabriekten zal geen bioloog voor echt houden, maar ze zouden toch het dichtst in de buurt komen van echt. Tot nu toe dan. Het membraan is van kunststof, maar ze hebben een kernachtig orgaantje dat DNA bevat en ze kunnen eiwitten aanmaken.

De namaakcellen kunnen eiwitsignalen naar naburige cellen sturen, de kern ‘praat’ met de rest van de cel, er wordt RNA aangemaakt om eiwitten te synthetiseren. Volgens synbiologe Kate Adamala van de universiteit van Minnesota, die niet bij het onderzoek betrokken is geweest, is dit het belangwekkendste onderzoek in de synbiologie dit jaar.
Synbiologen hebben grote verwachtingen van kunstmatige cellen. In vergelijking met eenvoudige synthetische ‘cellen’ die gebruikt worden om medicijnen ter plekke af te leveren (liposomen), zouden die een grote diversiteit aan taken kunnen verrichten. Zo zouden ze gebruikt kunnen worden om kankercellen te doden, om (nog beter) medicijnen af te leveren, als detectoren van giftige stoffen of voor diagnosedoeleinden. Dit zijn maar een paar voorbeelden.
Je kunt zo’n kunstcel eiwitten laten aanmaken (of wat dan ook), maar daar heb je niet zoveel aan. Deveraj: “Als we synthetische materialen ontwikkelen, dan moeten de afzonderlijke eenheden ook met elkaar kunnen samenwerken.” Er zijn al onderzoekers geweest die kunstcellen hebben ontwikkeld die communiceren via kleine moleculen zoals suikers of waterstofperoxide, maar echte cellen praten via eiwitten met elkaar en die zijn veel groter.

Weg van de natuur

Om dat voor elkaar te krijgen bewogen de onderzoekers zich weg van de natuur. Zo hebben ze geen lipidemembraan maar een ‘vel’ van polyacrylaat. Ze gebruikten een siliciumschijfje met minuscule kanaaltjes die DNA bevatten en kleimineralen en afzonderlijke acrylaatmoleculen. Met behulp van ultraviolet licht en wat scheikunde werd vervolgens een poreus membraan gevormd rond elk druppeltje dat uit dat siliciumschijfje kwam. Daarbinnen vormde zich een gel, waardoor het op een celkern lijkt.

Er moet nog het een en ander gebeurd zijn om vervolgens zo’n kunstcel te krijgen, maar dat lees ik niet in het artikeltje in Science waaruit ik deze wijsheid haal. Het resultaat was in elk geval een kunstmatige cel die in staat is tot communicatie. De onderzoekers hadden in het DNA het gen gestopt voor de aanmaak van het groen oplichtende eiwit GFP. Sommige cellen werden uitgerust met een GFP-‘val’, een stukje DNA dat GFP vasthoudt.
Door aan het geheel nog enzymen en andere benodigdheden voor de aanmaak van eiwitten zoals een soort ribosoom (de ‘eiwitfabriek’ in een cel) toe te voegen, kon de kunstcel ook het eiwit GFP aanmaken door het aflezen van DNA in de kern.
Vervolgens mengden de onderzoekers de kunstcellen die GFP aanmaakten met cellen die dat niet konden maar wel een GFP-‘val’ bezaten. Na twee uur begonnen de valcellen te gloeien. Ze hadden de boodschap van hun buren opgepikt. De onderzoekers deden ook proeven met een ander eiwitsignaal dat de aanmaak van GFP in werking zet.

Net echt

Het bleek dat de cellen ook konden voelen of er veel soortgenoten in de buurt waren, quoremdetectie genoemd, wat het gedrag van de cellen verandert in afhankelijkheid van hun concentratie. Die net echte eigenschap kwam aan het licht toen de onderzoekers aan het werk waren met diverse celconcentraties, waarvan alle de activator voor de aanmaak van GFP bevatten als zelf GFP aanmaakten als het desbetreffende gen werd geactiveerd.
Als er maar weinig cellen waren dan werd bijna geen cel groen. Boven een bepaalde drempelwaarde werden bijna alle cellen groen. De cellen hebben kennelijk een bepaalde hoeveelheid activator nodig om de boel in gang te zetten.

De kunstcellen zijn stevig. Na twee jaar in een vriezer zijn ze nog steeds intact. Dat maakt ze een goede kandidaat voor sensoren, bijvoorbeeld. De onderzoekers gaan op zoek naar zinnige kandidaten. Deveraj en de zijnen hopen ook kunstmatige cellen te ontwikkelen die kunnen groeien en delen (maar die bestaan toch al?”; as). Wordt ongetwijfeld vervolgd.

Bron: Science</em>