DNA-origami opgebouwd uit viraal DNA (afb: Wiki Commons)

Alle onderdelen van het leven zijn dode materialen, maar tezamen vormen ze iets dat we leven hebben genoemd. Kunnen we door te knutselen met DNA celonderdelen maken? Misschien kun die DNA-constructies wel gebruikt worden voor ‘ongehoorde’ functies in ons lijf. Hebben we binnenkort kunstmatige cellen van DNA-componenten die leven (en ja, wat is leven?)?
Een cel is het basiselement van een organisme. Eukaryote cellen, cellen met een kern, hebben diverse organellen (cellichaampjes zoals de mitochondriên). Een cel is een knap ingewikkeld systeem en tot nu toe is nog niemand er in geslaagd zelfs maar de simpelste vorm van een cel in het lab te fabrieken vanuit het niks.
Van ureum werd lange tijd gedacht dat dat niet in een reageerbuisje gemaakt kon worden totdat Friedrich Wöhler in 1828 voor het eerst ureum synthetiseerde uitgaande van ammoniumchloride en zilvercyanaat.
Dat was voor het eerst dat een scheikundige er in slaagde een stof te maken die alleen door levende organismen te maken zou zijn. Wöhler legde de basis voor wat nu organische scheikunde heet. Tegenwoordig hebben we onze zinnen gezet op het maken van onze eigen biologie: synthetische biologie. In die relatief nieuwe tak van de wetenschap proberen onderzoekers dingen te creëren die in de natuur niet voorkomen. Die blijkt, zoals gezegd, knap ingewikkeld in elkaar te zitten, zo ingewikkeld dat we voorlopig nog niet erg veel voor elkaar hebben gebracht.

Je kunt de zaken van twee kanten aanpakken: stukjes in bestaande systemen zoals cellen inbrengen of van de andere kant beginnen met niks en dan de boel opbouwen. Bij, onder veel meer, de Duitse Max Planck-gemeenschap voor synythetische biologie wordt de zaak vanuit het niks opgebouwd met eigen ‘bouwsels’. De MP-onderzoekers rond Kerstin Göpfrich willen de natuur niet nabootsen. Hun cellen moeten programmeerbaar zijn en onafhankelijk kunnen opereren als een soort minirobots.
De vraag is dan wat je daar voor nodig hebt. Waaruit bestaan die synthetische componenten? Ze, die synthetische cellen, moeten in ieder geval precies doen wat de maker bedacht heeft.

DNA-origami

De MP-onderzoekers zijn uitgekomen op DNA-origami. Origami is Japanse papiervouwkunst. Bij DNA-origami vouw je dus met stukjes DNA. Ze gebruiken DNA niet om informatie in op te slaan (namelijk hoe eiwitten er uit moeten zien), maar als bouwmateriaal. Daarbij halen Göpfrich en de haren de dubbele helix uit elkaar en gaan aan de slag met die enkele strengen. De vorm die ze hebben ontworpen maken ze door op bepaalde plaatsen bepaalde volgorden van nucleotiden toe te voegen en die ‘assembleren’ ze (of dat doen die moleculen zelf) vervolgens in een reageerbuisje.
Daarmee kun je biljoenen identieke vormen maken in een druppeltje water. Die DNA-vorm moet dan een bepaalde taak uitvoeren in de cel. Op die manier hebben de MP-onderzoekers kunstmatige membraanporiën gemaakt van DNA-constructies, normaal zijn dat eiwitten, die moeilijk uit een cel te isoleren zijn.
Je kunt ook met, chemisch veranderd, DNA bepaalde dingen aan een cel vastmaken. In de natuur worden daar honderden verschillende eiwitten voor gebruikt. Die band kan worden verbroken door externe stimuli zoals temperatuurveranderingen. Het idee is om al die DNA-knutsels in een cel te vangen. Het membraan is zoals te doen gebruikelijk een dubbellaag van vetzuren.

De componenten krijg je in zo’n vetbolletje door de boel te schudden als een cocktail. Ook microvloeistoftechniek en 3d-printen zijn nuttige hulpmiddelen, stelt Göpfrich. De volgende uitdaging is een informatieopslag voor hun kunstmatige cellen te maken, maar dat lijkt (mij=as) een makkelijke opgave, want DNA doet dat al. Göpfrich denkt binnenkort een kunstmatige levende (?) cel te kunnen presenteren.
Dan komen we weer bij een oude vraag: is de huidige vorm van leven de enige manier of zijn er vele wegen die naar leven leiden, waarbij je zou kunnen stellen dat een levend systeem een zichzelf in stand houdende systeem is. We wachten het rustig af.

Bron: phys.org