Schepping in het lab: leven maken doe je zó

In een weinig opvallend laboratorium wagen Groningse chemici zich aan opmerkelijk experiment: ze proberen leven te maken vanuit het niets. Een stap met mogelijk verstrekkende gevolgen. 'Als we eenmaal evolutie hebben, kan er van alles gebeuren.'

Een borrelend vat waaruit een geheimzinnige damp opstijgt. Of nee: een groot wit laken waaronder een mysterieus wezen ligt, wachtend om tot leven te worden gewekt. Dat is toch het minste wat je verwacht van de man die probeert om leven te scheppen.


Maar tweehoog achter in het scheikundegebouw van de Rijksuniversiteit Groningen wijst Sijbren Otto op een onopvallend rekje vol kleine flesjes, die van bovenaf worden bedruppeld door een wirwar van slangetjes. 'Hier ligt hij aan de kunstmatige beademing', zegt Otto, verontschuldigend bijna. 'Niet echt een wezen dat je naar de keel zal vliegen, toch?' Inderdaad is er in de flesjes niets te zien dan een laagje doorzichtige vloeistof. Iemand heeft een geeltje op het experiment geplakt: niet het contragewicht weghalen, anders valt het toestel om.


Toch heeft de vloeistof alles in huis om een sensatie te worden. Wie door de microscoop kijkt, zou in sommige flesjes vage, grijze sliertjes ontwaren. Het zijn aan elkaar geklikte bouwstenen van het leven, peptides. Wie ze zou bestuderen, zou ontdekken dat ze groeien en zich kunnen delen. Net als levende wezens. En inderdaad is dat woord, leven, steeds meer op de sliertjes van toepassing, vindt Otto. Het is zelfs niet geheel uitgesloten dat het leven op aarde ooit op deze manier is begonnen.


Hoe het leven is ontstaan, is nog altijd een van de grootste raadsels van allemaal. Alle levende wezens draaien op een complexe chemie van ingewikkelde, reusachtige moleculen die verpakt zitten in cellen. Het is volstrekt onduidelijk hoe dat zo is gekomen.


De meeste onderzoekers die de 'oerchemie' waarvan alles afstamt, proberen te vinden, doen dat door het leven zoals we dat kennen stukje bij beetje af te pellen, op zoek naar het kleinste radertje dat je nog 'leven' zou kunnen noemen. Het kleinste onderdeel dat ze op die manier overhouden, is het rna-molecuul, in feite een briefje vol erfelijke informatie dat als bijzonderheid heeft dat het zich zelfstandig kan voortplanten.


Maar daar loopt het spoor dood: ook rna moet ergens van afstammen. Misschien begon het met kleikristallen, misschien met virussen, misschien met simpele suikers - het is allemaal wel eens geopperd, maar niemand die het weet. Tijd voor een andere aanpak, denkt Otto. Monter: 'Ik trek me niks aan van hoe het leven er nu uit ziet. Veel leuker is kijken of je het zelf kunt maken.'


Leven maken: dat doe je niet, dat overkomt je. Een paar jaar geleden onderzocht zijn promovendus Jacqui Carnall manieren om peptides te verstevigen door ze samen te vouwen in een ringetje, toen er iets vreemds gebeurde. De ene keer ontstonden er rondjes met zes chemische 'pootjes', de andere keer hadden ze er opeens zeven. 'We snapten er niets van. Tot Carnall besefte dat de uitkomst afhing van de plaats waar ze haar mengsel precies op het omroerapparaat zette.' Stond het mengsel exact in het midden, dan ging het omroeren optimaal en ontstonden er zevenpootjes, maar stond het mengsel wat meer aan de rand, dan trilde het vooral en ontstonden er kleinere ringetjes met zes pootjes.


Dat niet alleen. Eigenlijk was het de bedoeling dat de peptides zichzelf zouden verstevigen door als het ware hun eigen uitsteeksels vast te pakken. Tot ieders verrassing gebeurde er iets heel anders: de peptideringetjes pakten elkáárs uitsteeksels vast. Ze begonnen zich aaneen te klikken, als ronde magneetjes, en vormden lange, dunne vezels - de spaghettislierten uit de flesjes. Het leverde de Groningers een publicatie in Science op. De sliertjeswereld was in feite ontsnapt aan de grillen waaraan atomen en moleculen onderhevig zijn en gedroeg zich al meer als een echt 'ding', dat reageert op schudden en breken. Net als levende wezens.


Vier miljard jaar geleden was er op aarde in elk geval één ding: allerlei chemische kringlopen. 'Bijna alles is cyclisch. Je zet de energiebron aan - de zon - en het molentje gaat draaien', zegt Otto. 'Het cyclische was er dus al; het leven is daarop gegroeid. Alles wat leeft, draagt datzelfde principe van opbouwen en afbreken met zich mee. Als je dus een collectie moleculen vindt die kopieën kan maken van zichzelf, ben je al een aardig eind op weg.'


Vandaar de interesse in de spaghettisliertjes. Die bewijzen 'dat zichzelf voortplantende moleculen spontaan kunnen ontstaan uit een poel met diverse kandidaten', zoals Otto onlangs in het vakblad Chemical Communications samenvatte.


Toch: voor 'leven' is meer nodig. Het systeem moet dan niet alleen kopieën van zichzelf kunnen maken, die kopieën moeten iets van elkaar verschillen, zodat de meest geschikte het overleven als het systeem in zwaar weer komt. Er moet Darwiniaanse evolutie optreden, natuurlijke selectie. Maar ook daarvan draagt het systeem de eerste aanzet al in zich, doordat er zowel zes- als zevenpotige ringetjes ontstaan. Die 'concurreren' met elkaar om het 'voedsel', de peptides die de sliertjes als grondstof gebruiken.


Met een hele reeks experimenten probeert Otto de sliertjes nu tot leven te wekken. 'Zo moesten we, om leven te krijgen, de dood introduceren', zegt hij, haast filosofisch. De dood kwam er via een van de slangetjes: door een elektronen bindende stof bij de sliertjes te druppelen, vallen de sliertjes uit elkaar. Zo krijgen de spaghettiwezens die overblijven weer grondstoffen om nieuwe exemplaren van zichzelf te bouwen.


Ook experimenteren de onderzoekers met verschillende soorten peptides. Peptides bestaan uit een korte keten van aminozuren, nog kleinere bouwsteentjes van het leven. Door de aminozuurvolgorde iets te wijzigen, ontstaan subtiel andere peptides. Dat levert nu al boeiende resultaten op, zoals een scheiding in verschillende 'spaghettiwezens'. 'Heb je dan soorten gemaakt? Het begint er aardige parallellen mee te vertonen', zegt Otto.


Dan is er het moment waarop ook Otto zijn 'it's alive!' zal uitroepen en in een vakblad opschrijft dat zijn sliertjeswereld 'leeft'. Zo ver is het nog niet, vindt hij. Maar: 'We komen er wel dichterbij. De afzonderlijke stappen kunnen we nu allemaal uitvoeren. Ik denk dat moleculen die op Darwiniaanse manier evolueren binnen handbereik zijn.'


In Delft is hoogleraar zelfassemblerende systemen Jan van Esch er nog niet van overtuigd of de sliertjes wel levensvatbaar zijn. 'Er ontbreekt een stofwisseling', vindt hij. 'Het leven neemt een bouwsteentje en bereikt dan met toevoer van energie een hoger energetisch niveau. In Otto's systeem gaan de bouwstenen zonder toevoer van energie over naar een andere vorm. Het leven gaat berg op, Otto's systeem gaat berg af.' Toch ziet Van Esch 'veel interessante kanten' aan de sliertjeswereld. 'Sijbrens systeem is uniek in de zin dat het ook afhankelijk is van extern aangelegde condities: roeren en schudden. En dat het de uitkomst vastlegt in een soort geheugen.'


Het is een groot raadsel hoe het is gekomen dat het leven enerzijds werkt met moleculen die informatie opslaan (dna, rna) en anderzijds met moleculen die het werk uitvoeren (eiwitten, peptides). 'De grote vraag is hoe de verbinding tussen die twee werelden tot stand is gekomen', zegt Van Esch. 'Otto laat nu zien dat die eiwitstructuurtjes zelf ook als informatiedrager kunnen optreden en zichzelf kunnen kopiëren.'


Otto wacht geduldig af wat de flesjes te vertellen hebben. 'Elke stap die we zetten, is een stap in het duister. We kijken vooral wat de moleculen doen, in plaats van dat we er een plan aan vastknopen. Het ligt in de natuur van dit systeem dat je het ingrediënten geeft en dan ziet hoe het zich redt. Als we eenmaal evolutie hebben, kan er van alles gebeuren.'


Nou ja, van alles. We hoeven er niet op te rekenen dat er binnenkort een of ander groen wezen het scheikundegebouw uit waggelt, benadrukt Otto. 'Deze moleculen kunnen alleen bestaan in de zeer speciale omstandigheden van het laboratorium. Mijn systeem zou direct worden opgepeuzeld als je het in zee zou stoppen.'


Het leven als microscopische spaghettiwereld. Zou het miljarden jaren geleden echt zo kunnen zijn gegaan? Stammen we af van een oersoep vol krioelende, nietige peptides die zich opstapelen en weer uiteenvallen, in eindeloze opeenvolging, om langzaam steeds complexere moleculen te vormen? Otto is stellig: 'Dat zullen we nooit weten. De vraag hoe het leven is ontstaan is een historische vraag, geen wetenschappelijke. We zijn er immers niet bij geweest.'


Dat gezegd hebbende: onmogelijk is het niet. 'Dit soort peptides waren in elk geval makkelijker te maken dan rna. We weten dat we zijn begonnen met een planeet bezaaid met essentiële, kleine moleculen. Suikers, nucleobasen, aminozuren, peptides; het was er allemaal.'


Eén intrigerend detail is er wel. Toeval of niet, de sliertjes hebben in hun 'lichaam' een opvallende herhaling van de aminozuren genaamd leucine en lysine. Een chemisch refrein, waarvan is aangetoond dat het de vorming van dna kan bevorderen. 'Hoe betekenisvol dat is, kun je je afvragen,' zegt Otto.


Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden