- Een echte Jurassic Park: kunnen deze synthetische organismen ontsnappen?
- De eerste stap naar het creëren van kunstmatig leven
- Met kunstmatige levensvormen kunnen we effectievere medische behandelingen ontwikkelen
Een kunstmatige levensvorm creëren is de droom van menig wetenschapper – ook al behoorden zulke ideeën tot voor kort nog tot het domein van de sciencefiction. De technologie heeft zich echter in rap tempo ontwikkeld en we kunnen vandaag dingen doen die tien jaar geleden nog onmogelijk leken. Dankzij het Scripps Research Institute in Californië kunnen we binnenkort misschien zelfs nieuwe levensvormen aan deze lijst toevoegen.
Tijdens de biologieles leren we dat het DNA van elk levend organisme bestaat uit vier nucleobasen, elke vertegenwoordigd door een letter: A (adenine), C (cytosine), G (guanine) en T (thymine). Nu heeft een team chemische biologen van het Scripps Research Institute, geleid door Dr. Floyd Romesberg, met de bacterie E.coli een organisme gecreëerd dat uit zes nucleobasen bestaat – onze eigen vier, plus X en Y. Hierdoor is een genetische code ontstaan die, zoals men dat noemt, stabiel is.
Als het organisme zich deelt behoudt het deze toegevoegde letters namelijk – zelfs na 60 keer delen – iets dat biologen nog niet eerder gelukt is. Volgens de onderzoekers is deze ontwikkeling de eerste echte stap naar het creëren van kunstmatige leven. De nieuwe levensvormen zouden zelfs “volledig onnatuurlijke eigenschappen en attributen kunnen hebben die nergens anders in de natuur voorkomen”.
Een echte Jurassic Park: kunnen deze synthetische organismen ontsnappen?
Niet iedereen is even enthousiast over deze experimenten en velen vrezen dat deze kunstmatige levensvormen mogelijk uit laboratoria zouden kunnen ontsnappen en zich in de echte wereld verspreiden. Maar Romesberg is van mening dat die angsten ongegrond zijn. “Ze kunnen niet ontsnappen”, zegt hij. “Er is geen sprake van een Jurassic Park scenario”. Dat komt omdat de nieuwe X- en Y-basen in tegenstelling tot natuurlijk DNA (dat basenparen bevat die tot elkaar worden aangetrokken door de binding van waterstofatomen) gebruik maken van een heel ander proces. Dat betekent dat ze zich niet per ongeluk met natuurlijke bases kunnen verbinden. Bovendien kunnen de cellen zelf geen X- en Y-bases maken, wat betekent dat ze buiten het lab niet zouden kunnen overleven.
“Onze veiligheidsmaatregel is gebaseerd op de beschikbaarheid van X en Y – en de cel kan deze nooit maken”, zegt Romesberg. “Bovendien werkt evolutie door te beginnen met iets soortgelijks en dan in kleine stapjes te veranderen wat het kan doen. Deze X en Y zijn geen natuurlijk DNA, dus de natuur heeft niets ‘soortgelijks’ als startpunt. We hebben al vele malen laten zien dat als je de X en Y niet toevoegt, de cellen elke keer sterven”.
De eerste stap naar het creëren van kunstmatig leven
Romesberg en zijn collega’s werken al een tijdje aan dit synthetische DNA en hadden er in 2014 voor het eerst succes mee. Maar het gemodificeerde E.coli DNA dat ze hadden gecreëerd overschreef die extra letters al snel en keerde vervolgens terug naar de oorspronkelijke A, C, G en T – als een soort automatische spellingscontrole. De twee jaar daarna hielden de wetenschappers zich bezig met het vinden van een manier om een stabieler genoom te creëren dat bestand was tegen deze automatische DNA-correctie. Om dit voor elkaar te krijgen creëerden ze een speciaal systeem in de bacterie dat genetische sequenties zonder X en Y automatisch afwijst. Zo kan het nieuwe genetische materiaal voor onbepaalde tijd in de bacterie voortbestaan.
Dit is een zeer belangrijke doorbraak en de eerste keer dat zo’n soort DNA-bewerking eigenlijk werkt. Paul Freemont, co-directeur van het Centre for Synthetic Biology & Innovation aan het Imperial College in Londen, is erg blij met deze ontwikkelingen. “Dit is een belangrijke stap waarmee we kunnen laten zien dat een levende cel, zoals een eenvoudige bacterie, zo bewerkt kan worden dat het een synthetisch basenpaar kan ondersteunen dat niet in de natuur voorkomt”, zegt hij. “Dit leidt tot het concept van semi-synthetische levende systemen die we zo kunnen ontwikkelen dat ze specifieke functies kunnen uitvoeren die gebruik maken van specifieke genetische code in plaats van de natuurlijke genetische code”. Freemont is van mening dat we hiermee op een dag microben kunnen creëren met veelvoudige kunstmatige DNA-basen of zelfs een volledig, door de mens gecreëerd, synthetisch genoom.
Met kunstmatige levensvormen kunnen we effectievere medische behandelingen ontwikkelen
Nieuwe levensvormen creëren is echter niet Romesberg’s belangrijkste doel. Hij wil dit uitgebreide genetische alfabet gebruiken om nieuwe soorten eiwitten te creëren waarmee me effectievere medische behandelingen kunnen ontwikkelen. “Veel eiwitten die we als medicijnen willen gebruiken worden heel snel door de nieren opgeruimd”, legt Romesberg uit. “Om die eiwitten blijvend te kunnen laten circuleren moeten we ervoor zorgen dat het lichaam ze niet opruimt door ze aan beschermend vet te binden”.
Voortbouwend op het eerdere onderzoek was zijn team in staat om dit hybride genetische alfabet te gebruiken om instructies door te geven aan de E.coli voor de productie van met vet beschermde eiwitten. “Dit is de eerste keer dat een cel een eiwit heeft vertaald met iets anders dan G, C, A of T”, zegt Romesberg. “Het is de eerste verandering in de fundamentele basis van een levensvorm die ooit is gemaakt”. Het zal echter nog een tijdje duren voordat we deze technologie in de praktijk kunnen gebruiken. Het proces werkt op dit moment namelijk alleen bij enkele cellen en kan nog niet op complexere organismen toegepast worden.
Uiteraard zal het jaren – en misschien zelfs decennia – duren voordat we daadwerkelijk van deze doorbraak kunnen profiteren. Het is een bewijs dat het theoretisch mogelijk is om een kunstmatig leven te creëren dat een transformerende impact zou kunnen hebben op veel verschillende aspecten van ons leven. Het zou ons onder andere kunnen helpen nieuwe soorten biologisch materiaal en effectievere medische behandelingen te ontwikkelen. Er bestaat uiteraard wel enige bezorgdheid over wat er zou kunnen gebeuren als deze kunstmatige levensvormen op de een of andere manier uit het lab zouden ontsnappen. Maar vooralsnog rechtvaardigen de potentiële voordelen van deze ontwikkeling de volgende stap.
