Leven maken uit het niets: de huidige stand van de wetenschap
Het maken van leven uit het niets is een enorme uitdaging binnen de wetenschap. Het roept fundamentele vragen op over wat leven is en hoe het ontstaat. Hoewel volledig synthetisch leven nog niet gerealiseerd is, zijn er grote stappen gezet in de synthetische biologie en het onderzoek naar abiogenese. Dit laatste bestudeert hoe leven zou kunnen ontstaan uit niet-levende materie via chemische processen.
Synthetische biologie
Synthetische biologie richt zich op het ontwerpen en bouwen van nieuwe biologische systemen. Een belangrijke mijlpaal werd in 2010 bereikt toen het J. Craig Venter Institute (JCVI) een synthetisch genoom produceerde. Dit genoom, opgebouwd uit de vier nucleotiden (adenine, thymine, cytosine en guanine), werd in een cel zonder DNA geplaatst. De cel begon vervolgens zichzelf te reproduceren, gestuurd door het synthetische genoom. Hoewel dit experiment gebruikmaakte van een bestaande celstructuur, liet het zien dat complexe biologische processen kunnen worden bestuurd door volledig kunstmatig gemaakte moleculen.
Abiogenese
Abiogenese onderzoekt hoe leven op aarde is ontstaan uit eenvoudige chemische bouwstenen. Onderzoekers vermoeden dat chemische reacties onder prebiotische omstandigheden geleid hebben tot de vorming van organische moleculen, zoals aminozuren en nucleotiden. Het beroemde Miller-Urey-experiment uit 1953 liet zien dat een mengsel van methaan (CH₄), ammoniak (NH₃), water (H₂O) en waterstofgas (H₂), onder invloed van elektrische ontladingen, aminozuren kan vormen. Moderne onderzoeken hebben dit verder uitgebreid en aangetoond dat ook ribonucleïnezuren (RNA) spontaan kunnen ontstaan onder bepaalde omstandigheden.
Een belangrijk onderdeel van abiogenese is het ontstaan van protocellen. Protocellen bestaan uit lipiden die spontaan een dubbele laag vormen in water, vergelijkbaar met de celmembraan. Deze structuren zijn in staat om moleculen zoals RNA binnen te houden, wat een eerste stap kan zijn geweest naar primitieve levensvormen.
Bijdrage van Nederland
Nederland heeft een belangrijke rol in het onderzoek naar synthetisch leven. In het “BaSyC-project (Building a Synthetic Cell)”proberen wetenschappers een functionerende synthetische cel te maken uit afzonderlijke moleculen, zoals nucleotiden, aminozuren en lipiden. Chemici onderzoeken hoe enzymen in cellen chemische reacties sturen en proberen deze enzymen kunstmatig na te maken. Ook wordt onderzocht hoe energieomzetting in synthetische cellen werkt, bijvoorbeeld door chemische gradiënten over membranen na te bootsen, zoals in mitochondriën.
De toekomst
Het creëren van leven uit het niets vereist controle over complexe chemische netwerken. Onderzoekers werken aan technieken zoals DNA-synthese, kunstmatige enzymen en nanotechnologie om dit te bereiken. Nieuwe inzichten in chemische evolutie en moleculaire zelfassemblage brengen ons steeds dichter bij het begrijpen van hoe leven ontstond – en hoe het in een laboratorium opnieuw kan worden gecreëerd.
Voetnoot