Hoe bouwen we zelf een levende cel?

Ongeveer vier miljard jaar geleden dook het eerste leven op uit de oersoep, in de vorm van een simpel celletje. Hoe dat gebeurde weten we niet echt. Toch proberen wetenschappers ook zelf een cel te bouwen. Ze kennen alle benodigde moleculen. Maar hoe al die moleculen in elkaar moeten grijpen tot een cel blijft een raadsel. Doe alle moleculen in een potje en je kan schudden wat je wil. De kans dat er een cel uitspringt is zowat nul.

Van molecuul naar cel

Dat komt omdat een cel op het allerkleinste niveau een ontzettend ingewikkeld ding is. Veel ingewikkelder dan we eerst dachten. Er zijn ontelbare regelnetwerken die dwars door elkaar heen lopen. De verspreiding van eiwitten binnen de cel is ongelijk en verandert steeds. Er gaat energie in en uit. En er gebeuren constant duizenden chemische reacties. Boots dat maar eens na!

We weten heus al wel wat van een cel. Alle onderdelen, zoals de energie- en de eiwitfabriekjes, zijn in kaart gebracht. En met cellen kunnen onderzoekers van alles doen. Ze kunnen enkele cellen in een schaaltje bijvoorbeeld laten uitgroeien tot een stukje darm.

Verder weten we ook een hoop over moleculen. Atomen vormen samen moleculen. Dat kunnen we nadoen. Chemici kunnen tegenwoordig de meest ingewikkelde moleculen maken uit atomen, zoals geneesmiddelen. We snappen dus moleculen en cellen. Maar de tussenstap, hoe je van moleculen naar een cel komt, is nog een groot mysterie.

Controle over zelfassemblage

De stap van moleculen naar cel heeft alles te maken met zelfassemblage. Moleculen die samen in een vloeistof drijven komen elkaar tegen. Degenen die elkaar herkennen trekken spontaan naar elkaar toe. Ze plakken aan elkaar vast en maken nieuwe structuren. Dat heet zelfassemblage. In de natuur gebeurt het gewoon. Maar wetenschappers hebben het nog niet helemaal onder controle. Ga maar na. Je moet de moleculen heel precies kunnen sturen, zodat ze de juiste groepjes vormen om een cel mee op te bouwen.

De cel is een puzzel

Toch zijn we al een eindje op weg. Het lukt al om een blaasje te maken met binnenin een waterige vloeistof. Op het oog lijkt het wel wat op een cel, maar het blaasje gedraagt zich nog niet zo. Om een beeld te krijgen hoe ver we zijn met de bouw, moet je een atoom eens zien als een letter. En een molecuul als een woord. We kunnen nu kleine zinnetjes schrijven. Maar een levende cel zou weleens zo ingewikkeld kunnen zijn als alle boeken die er op aarde zijn. Iedere wetenschapper werkt aan een hoofdstuk. Het bouwen van een cel is dus een soort puzzel waarbij enorm veel stukjes bij elkaar moeten komen.

Functionele moleculaire systemen

Eerst maar eens die zelfassemblage onder controle krijgen. Dat kan door kunstmatig moleculaire systemen te bouwen. Zo’n systeem moet je zien als een slimme aaneenschakeling van moleculen. Een voorbeeld zijn minuscule motortjes. Het lukt al die te maken. Zo’n motortje is niet meer dan een klein clubje moleculen. Maar door de manier waarop de moleculen zijn samengekomen kan het systeem iets bijzonders, namelijk zelf bewegen! Misschien kunnen de motortjes straks zelfs een vrachtje vervoeren. Net zoals sommige eiwitten in een levende cel ook doen.

Een levende cel bouwen met alles erop en eraan zit er voorlopig niet in. Maar met de bouw van op leven lijkende moleculaire systemen komen we wel steeds babystapjes dichterbij.