Op weg naar minimale cellen

Hoe dichter we bij het bouwen van een levende cel komen, hoe minder we het kunnen begrijpen. In de driedaagse virtuele workshop “Reconstituting biology - charting the way to minimal cells” beaamden cel-bouwende onderzoekers dat die complexiteit de cel juist zo interessant maakt.

Tijdens de Lorentz workshop van 29 juni tot 1 juli kwam een groep van 35 synthetische cel onderzoekers uit drie verschillende continenten virtueel samen om te reflecteren op de prestaties en beloftes van de bottom-up synthetische biologie wereldwijd. In de bottom-up benadering voor het maken van een synthetische cel bouwen onderzoekers een onderdeel van de cel in vitro op – buiten het levende systeem. Er is met deze techniek de laatste vijf jaar veel voortgang geboekt over hoe cel systemen werken.

Eiwitten onthullen verborgen functies
Het blijkt dat als je eiwitten buiten hun natuurlijke omgeving opbouwt, ze nieuwe, voorheen verborgen functies onthullen. Deze nieuwe functies zouden weleens heel oud kunnen zijn, vertelt professor Petra Schwille van het Max Planck Institute of Biochemistry tijdens de discussies: “Leven op aarde is een constant veranderend proces. De eerste cellen zagen er compleet anders uit dan nu. Ze concurreerden met andere levende systemen en verzamelden zo functies door de tijd heen. Eiwitten vertonen functies die vroege voorouders van moleculen lang geleden kunnen hebben gehad.”

Hoe is het mogelijk dat een eiwit meer functies laat zien buiten dan binnen haar natuurlijke omgeving? Dr. Schwille verklaart dit met een opvallende vergelijking: “Stel dat een alien ons zou bestuderen en denkt dat een mens de functie heeft om knoppen in te drukken, want het observeert dat de persoon een vaatwasser gebruikt. Als je de vaatwasser weghaalt, kan de persoon nog steeds met de hand afwassen. Maar een alien weet dit niet, want de persoon laat het niet zien.” Net als dat mensen anders acteren afhankelijk van hun omgeving, is een eiwit buiten de cel vrij om haar functies op verschillende manieren te ontvouwen.

Hoe meer we bouwen, hoe minder we begrijpen
Hoe kunnen de mechanistische ontdekkingen in deze meer simpele systemen ons helpen om de synthetische cel in haar geheel te begrijpen? Nathan Gaut van de Universiteit van Minnesota omschrijft de uitdagingen voor de research community: “ In de laatste twee decennia begonnen we te begrijpen hoe processen in de cel werken. Nu kunnen we eenvoudige cel processen opbouwen buiten de cel. De grootste uitdaging op dit moment is hoe we die twee aan elkaar verbinden.”

De verassende functionaliteit in eiwitten kan ons helpen richting duurzame oplossingen, zoals zero-waste productie en zelfhelende materialen. De deelnemers zijn het erover eens: om een synthetische cel te bouwen hoeven we de cel niet te begrijpen. Het omgekeerde lijkt het geval: hoe dichter we de levende cel benaderen, hoe minder we begrijpen hoe de cel werkt. Over een ding zijn de cel bouwers het eens: was de cel niet zo complex, dan was het ook niet zo interessant.