Proeven aan de geknutselde mens

De eerste verhalen over het maken van leven dateren uit de late Oudheid. In de Middeleeuwen zouden proeven zijn gedaan met een reageerbuisbaby uit mannelijk zaad....

Als er al een heilige graal in de levenswetenschappen bestaat, moet dat het maken van leven zijn. Kunstmatig leven, welteverstaan. Het is een fantasie die oeroude, historische wortels heeft en doorwerkt tot de dag van vandaag, schijnbaar ongehinderd door het feit dat nog altijd niet goed te definiëren is wat dat nou eigenlijk is, leven.

Tja, wat is leven?, zucht Bert Poolman, hoogleraar biochemie aan de Rijksuniversiteit Groningen en baas van het Groningse Centrum voor Synthetische Biologie. ‘Het heeft te maken met processen als energievoorziening, groei, communicatie, reproductie. Leven gaat over biologische organismen die zichzelf in stand kunnen houden, die zichzelf kunnen reproduceren en die kunnen evolueren.’

De eerste verhalen over leven maken dateren uit de late Oudheid en zijn verbonden met het prille begin van de alchemie. In het Egypte van de 1ste tot de 3de eeuw gingen al verhalen over magiërs die zichzelf in een soort kolf konden sublimeren. De alchemie kwam via de Arabische wereld naar Europa en beleefde een bloeiperiode in de late Middeleeuwen, onder meer in het werk van de arts en theoloog Paracelsus (1493-1541). Van Paracelsus en andere alchemisten werd verteld dat zij in hun laboratoria probeerden een kunstmatig menselijk wezen, een ‘homunculus’, te creëren.

Die homunculus (letterlijk: kleine man) werd als een middeleeuwse reageerbuisbaby geschapen uit mannelijk zaad dat in een flacon – een artificiële baarmoeder – op een zacht vuur aan een sublimatieproces werd onderworpen. Een mooie parallel met de moderne life sciences’, zegt Christoph Lüthy, wetenschapshistoricus aan de Radboud Universiteit Nijmegen. ‘In beide gevallen gaat het niet om het scheppen van nieuw leven, maar om modificatie van biomaterialen in het lab. Toen was het een elixer van sperma, nu zijn het eiwitten en stamcellen.’

De receptuur van Paracelsus was uiteraard geheim. ‘Denn auf die Mischung kommt es an’, aldus Goethe in de beroemde passages uit het tweede deel van Faust, waarin een homunculus wordt gecreëerd. Behalve sperma was warme paardenmest onmisbaar, zegt Lüthy. ‘Mensen zagen altijd wormen uit de mest kruipen en namen dus aan dat die daarin ontkiemden.’ Het brouwsel van sperma, mest en kruiden – andere recepten reppen nog van alruinwortel, op vrijdagmorgen door een zwarte hond geoogst en in melk, honing en bloed geweekt – moest veertig dagen sudderen. Dan zou zich in de kolf vanzelf een mannetje vormen.

Deze praktijken waren ook in de 16de eeuw omstreden. Paracelsus mocht dan beweren dat hij een mens kon maken door het sublimeren van zaad, de stelregel van de Kerk was: de natuurlijke Kunst kan niet wat de Natuur kan. En als Paracelsus het wel kon, moest hij hulp hebben van de duivel.

Frankenstein

Frankenstein
De associatie van alchemie met zwarte kunst heeft sindsdien altijd tot de verbeelding gesproken. Via Mary Shelley’s Frankenstein (1818), waarin ook een kunstmatig wezen figureert, en Goethe’s Faust II (1820-’32), met een wetenschapper die onbeheersbare krachten ontketent, echoot zij misschien na in de angst voor genetische manipulatie en biotechnologie.

Frankenstein
Halverwege de 20ste eeuw beleefde de heilige graal van leven maken in het lab een bescheiden heropleving in onverdacht wetenschappelijke gedaante. In 1953 toonden de Amerikaanse biochemici Stanley Miller en Harold Urey in Chicago in een klassiek geworden experiment aan dat je onder bepaalde extreme omstandigheden uit anorganische verbindingen relatief complexe moleculen als aminozuren kunt laten ontstaan, de bouwstenen van eiwitten en daarmee van het leven zelf.

Frankenstein
Bij een nabootsing van de atmosferische condities op de vroege aarde stopten ze methaan, ammoniak, water en waterstof in een vat, verwarmden het en joegen er stroomstoten doorheen, als imitatieblikseminslagen. Na een week sudderen bleek een deel van de koolstof omgezet in organische verbindingen, waaronder dertien voor cellen cruciale aminozuren, lipiden en eenvoudige suikers.

Frankenstein
Miller en Urey leken daarmee sterke aanwijzingen te hebben geleverd voor de theorie dat het leven op de vroege aarde uit een primordiale oersoep (Darwin’s ‘warm little pond’) moest zijn ontstaan. ‘Ze maakten aminozuren, geen eiwitten. En dan heb je het nog alleen maar over de bouwstenen van het leven, niet over het leven zelf’, zegt biochemicus Poolman.

Frankenstein
De complexiteit van ‘leven’ is dermate groot, dat er vanaf de bouwstenen nog een erg lange weg te gaan is, maar deelprocessen kunnen in het laboratorium al wel (na)gebouwd worden. Bovendien is inmiddels ook duidelijk dat de oeratmosfeer toch een andere samenstelling had dan Miller en Urey dachten. Hun experiment is dan ook achterhaald.

Frankenstein
Opmerkelijk genoeg was 1953 ook het jaar dat James Watson en Francis Crick in Cambridge de dubbele helix ontdekten, de structuur van het dna, wat de stoot gaf tot de moderne moleculaire genetica en de gentechnologie. Ineens bleek de heilige graal ergens anders te moeten worden gezocht. Waarom zou je nog leven willen maken als je alleen maar de code van het leven hoefde te doorgronden om het te kunnen manipuleren? Een lange reeks genetische gemanipuleerde organismen was het resultaat.

Synthetische biologie

Synthetische biologie
De meest ambitieuze moderne navolgers van Paracelsus zijn misschien te vinden in de synthetische biologie. Een nieuw vakgebied op het kruisvlak van biochemie, natuurkunde en moleculaire genetica, dat zich onder meer bezighoudt met het herprogrammeren van cellen: het ombouwen van bacteriën en gistcellen tot medicijnfabriekjes, en het nabouwen en manipuleren van biologische structuren, zoals celwanden en zelfs complete genomen.

Synthetische biologie
De Amerikaanse biochemicus Jack Szostak is erin geslaagd uit simpele vetzuren (lipiden) vetblaasjes te maken, een soort primitief membraan, die kunnen groeien en zich vervolgens kunnen splitsen. Een belangrijke doorbraak, want om een levende cel te maken heb je niet alleen complexe moleculen nodig van de types die Miller en Urey uit hun oersoep haalden, maar ook een huidje waarbinnen die moleculen met elkaar kunnen reageren.

Synthetische biologie
Bij zulke kunstmatige membranen bouwen onderzoekers als Poolman nu eiwitten in die daar een soort poriën vormen waardoor stofjes gecontroleerd naar binnen en naar buiten kunnen. ‘We kunnen al een kunstmatige cel maken met ribosomen (eiwitsynthesefabriekjes) die we zo kunnen aanzetten tot meer activiteit’, zegt Poolman. ‘Uiteindelijk willen we cel-achtige medicijnafgiftesystemen maken.’

Synthetische biologie
Een andere benadering is om bacteriën met een extreme vorm van genetische manipulatie, een soort recombinant DNA 2.0, tot nieuwe dingen aan te zetten. Zo heeft de Amerikaanse onderzoeker Jay Kiesling bestaande bacteriën door het inbouwen van een stel genen zover gekregen dat ze artemisinezuur produceren, een voorloper van een antimalariamiddel, dat nu moeizaam uit planten wordt geïsoleerd. De Delftse onderzoeker Jack Pronk heeft gistcellen weten te verleiden tot het afbreken van plantenresten tot de biobrandstof ethanol.

Synthetische biologie
Meest verregaande scenario in de synthetische biologie is het maken van nieuw leven. Bottom-up, door uit biomoleculen een levend systeem te maken (‘We weten niet of we het zouden kunnen en of we het zouden moeten willen’, zegt Poolman). En top-down, door een levende cel te nemen, het dna eruit te halen en er een zelf ontworpen en chemisch gesynthetiseerd genoom in te zetten (‘Genoomtransplantatie, zou je kunnen zeggen’). Mogelijk geworden doordat synthetisch dna nu in vrijwel elke gewenste sequentie verkrijgbaar is, voor 20 dollarcent per base.

Synthetische biologie
Dit is wat de Amerikaanse genomics-pionier Craig Venter, een van de eerste mensen van wie het complete dna is ontrafeld, probeert. In 2007 transplanteerde hij het genoom van de ene bacterie in een andere. Dit jaar bouwde hij het complete genoom na van de bacterie Mycoplasma genitalium, het eerste synthetische genoom. Binnenkort hoopt hij het eigen genoom in een levende bacterie te vervangen door het synthetische genoom en het aan de praat te krijgen. Als dit experiment slaagt, zal het op termijn mogelijk worden grootschalige verbouwingen van cellen te realiseren op basis van nieuw ontworpen synthetisch genomen.

Synthetische biologie
Het is duidelijk: de synthetische biologie is hip en veelbelovend. De ontwikkelingen gaan razendsnel, en alom droomt men van mooie toepassingen, zoals bacteriën en gistcellen als biologische fabriekjes voor de productie van medicijnen, biobrandstoffen of kunststoffen. Bert Poolman droomt van slimme liposoomsystemen die als duikbootjes autonoom door de aderen bewegen om medicijnen op de juiste plek af te geven.

Synthetische biologie
Met die heilige graal van leven maken heeft dat niets te maken, erkent Poolman. Hoe kan het ook: we weten niet eens precies hoe het leven is ontstaan. ‘We kunnen evolutionaire processen nabootsen in het lab, maar we weten niet of dat de werkelijkheid is.’ En het maken van leven – complexe, zelf replicerende biologische systemen zoals cellen of organismen – is nog ver weg. ‘Als het ooit zover komt.’

Synthetische biologie
De vraag is of dat ertoe doet. Wat is een nieuwe levensvorm? Of je nu een nieuwe cel bouwt uit biomoleculen, of dat je een bestaande cel een nieuw programma geeft via zijn dna: wat je leven noemt, is uiteindelijk een kwestie van definitie.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden