Kunstmatige mitochondrion en chloroplast (afb: Kwanwoo Shin et. al)
Al tijden kijken menselijke onderzoekers verlekkerd naar de fotosynthese, dat kunststukje van de natuur. Nu kan je natuurlijk sleutelen aan dat systeem, wat al gebeurt, maar je zou ook kunstmatige cellen kunnen maken die energie produceren. Nu hebben onderzoekers eens bekeken wat de belangrijkste ingrediënten zijn om kunstmatige mitochondriën en bladgroenkorrels (chloroplasten) te maken en ze hebben een schema gemaakt hoe zoiets er uit zou (kunnen) zien.
Mitochondriën voorzien eukaryote cellen van energie. Die halen ze uit voedingsstoffen. Plantencellen kunnen zonne-energie omzetten in elektrische energie. Dat gebeurt in de bladgroenkorrels. “Als wetenschappers kunstmatige mitochondriën en chloroplasten kunnen maken, dan hebben we de mogelijkheid om synthetische cellen te maken die energie opwekken en zelf verbindingen kunnen synthetiseren”, zegt Kwanwoo Shin van de Soganguniversiteit in Zuid-Korea. “Dat zou een route zijn naar het creëren van geheel nieuwe organismen en biomaterialen.”
In planten gebruiken chloroplasten zonlicht om water en kooldioxide om te zetten in allerlei verbindingen, waaronder suikers. In eukaryote maar ook in plantencellen gebruiken mitochondriën die suikers als brandstof. Voor dat laatste proces is adenosinetrifosfaat (ATP) een belangrijke intermediair. Door een fosfaatgroep (de P) af te staan geeft die verbinding zijn energie af. Shin: “ATP is wezenlijk voor de meeste celfuncties.”
De onderzoekers beschrijven de componenten die nodig zijn voor kunstmatige ‘energiecentrales’ en benoemen de verschillende eiwitten die belangrijk zijn voor de molecuulfabriek in de cel, het protontransport en de aanmaak van ATP.
In eerdere studies zijn al componenten gemaakt die wezenlijk zijn voor de energieproducerende cellichaampjes. Een van de meestbelovende ontwikkelingen daarin is de bestudering van het energieopwekkingsproces. Door te morrelen aan de samenstelling van eiwitten en enzymen (overigens ook eiwitten) zouden onderzoekers er al in geslaagd zijn het energetisch rendement te verbeteren (planten komen niet veel verder dan 1 tot 2%).
Aanpasbaarheid
Een van de moeilijkste opgaven is de aanpasbaarheid van de synthetische cellen. Ook in een veranderende omgeving zullen die nog steeds ATP moeten produceren. Daar valt nog wel wat aan uit te zoeken.
De onderzoekers denken dat de synthetische oplossingen zo dicht mogelijk bij de natuurlijke situatie moeten blijven, maar dan zal het toch wel eerst nodig zijn dat je precies weet hoe die in elkaar steekt. Voorlopig zijn onderzoekers nog niet veel verder gekomen dan heel simpele systeempjes.
Bron: Science Daily