Vetzuurbolletjes (in dit geval van oliezuur)

In de praktische synthetische biologie kun je grofweg twee wegen volgen: van boven-naar-beneden en van-beneden-naar-boven. De eerste weg is bestaande systemen nemen en daar wat aan veranderen. De andere om met niks te beginnen en een cel op te bouwen bestaand uit essentiële onderdelen of althans wat men denkt dat een essentieel is. Dan hebben we het over de minimale cel, ook wel protocel genoemd. Een onderzoeksgroep van het algemeen ziekenhuis van Massachusetts (onderdeel van de Harvard-universiteit) rond de befaamde synbioloog en Nobelprijswinnaar Jack Szostak, die zich bezig houdt met de ontwikkeling van protocellen, schijnt een belangrijk probleem met het maken van protocellen te hebben opgelost: de tegenstrijdigheid tussen de chemie van de RNA-kopiëring en de stabiliteit van het membraan. RNA heeft voor zijn kopiërende werk magnesium-ionen nodig en magnesium is slecht voor de vetzuurmembranen, waarvan men denkt dat die de oercellen omhulden. Citraat, het zoutdeel van citroenzuur, bleek de oplossing.
Eigenlijk is de zoektocht naar de minimale cel, de zoektocht naar het ontstaan van leven. Hoe is het allemaal begonnen. Je kunt dat onderzoek ook zien als een fundamentele manier van synthetische biologie bedrijven: het creëren van kunstmatig leven.
Er wordt veel onderzoek gedaan naar welke onderdelen essentieel zijn voor een levende cel. Gek of niet, het membraan, de omhulling, is een van de wezensvoorwaarden voor het ontstaan van leven. Het vormen van membranen is echter niet zo’n probleem. Vet(zuur)bolletjes in water vormen zich spontaan, omdat vetzuren een waterafstotende en een waterminnende kant hebben. Die vetbolletjes zijn hol. Ideale celmembranen, dus. Szostak had dus gekozen voor een vetzure omhulling, maar, zoals gezegd, kan dat membraan niet goed tegen magnesium-ionen. Het valt dan uit elkaar en: weg cel.
De onderzoekers zijn toen op zoek gegaan naar stoffen die aan het magnesiumion binden, waardoor het membraan onaangetast blijft, terwijl het magnesium toch zijn stimulerende werk bij de kopieerarbeid van RNA blijft doen. Dat bleek dus citraat te zijn.

Primitief
Szostak werkt met zijn groep al meer dan tien jaar om er achter te komen hoe de eerste cellen zich hebben ontwikkeld. Omdat die primitieve cellen niet de ingewikkelde enzymen konden hebben als de moderne cel, ging Szostak op zoek naar simpeler chemische systemen voor de kopieerarbeid van RNA (RNA wordt gedacht eerder te zijn ontstaan dan DNA). Daarbij ‘struikelde’ hij over het magnesiumprobleem. Magnesium stimuleert de opbouw van RNA. Szostak probeerde diverse verbindingen uit die  magnesium moesten verhinderen het membraan af te breken. Daarvoor waren meer kandidaten, maar alleen bij citraat deed het magnesiumion ook nog zijn stimulerende werk bij RNA.
Dat betekent niet dat de ontwikkeling van cellen ook zo gegaan is. “We hebben aangetoond dat er tenminste een manier is om RNA zijn replicerende werk te laten doen binnen primitieve vetzuurmembranen, maar dat geeft voeding aan nieuwe vragen. We gokken er op dat er eenvoudige peptiden zijn die hetzelfde werken als citraat. Daar zoeken we nu naar.” Er onderzoeksresultaat van Szostak zal voor andere onderzoekers een begin kunnen zijn…

Bron: Eurekalert