Wetenschap

Darwin in een reageerbuis

Moleculen die zich voortplanten en evolueren als levende wezens. Het klinkt misschien als sciencefiction, maar in het lab van Sijbren Otto gebeurt het. ‘Elk stapje dat we zetten is een uniek stapje.’
Door Thereza Langeler / Foto Reyer Boxem / Animatie René Lapoutre

Sijbren Otto, adjunct-hoogleraar chemie aan de RUG, probeert zelf chemisch leven te maken. Een veelbelovend onderzoek, want het zou antwoord kunnen geven op de vraag hoe leven ontstaat.

Otto vond in 2010 een molecuul dat zichzelf repliceerde. Het molecuul bleek ook in staat te zijn tot mutatie. Dat betekent dat het zou kunnen evolueren, net als levende wezens.

De onderzoeksgroep van Otto werkt met honderden reageerbuisjes vol moleculen. Ze analyseren wat er met de moleculen gebeurt als hun omgeving verandert. Er is sprake van survival of the fittest.

Daarmee kan nog niet gezegd worden dat de onderzoekers zelf leven hebben gemaakt. Aan bepaalde criteria, met name de dood, voldoet hun systeem nog niet. Bovendien is het moeilijk te zeggen wanneer iets precies leeft.

Otto’s onderzoek is uniek in de wereld. Dat maakt het ingewikkeld, want er zijn geen voorbeelden om te volgen. Maar het maakt het ook mooi. In de woorden van Otto: ‘Elk stapje dat we zetten is uniek.’

Leestijd: 8 minuten (1235 woorden)

Vanuit de hele wereld zijn verwachtingsvolle ogen gericht op Groningen. Sijbren Otto, adjunct-hoogleraar chemie aan de RUG, doet uniek onderzoek dat wel eens het antwoord zou kunnen leveren op een van de prangendste vragen ter wereld: hoe ontstaat leven?

Zo’n onderzoek schept verwachtingen, lijkt Otto te beseffen. ‘Ik ben bang dat het er niet spectaculair uitziet’, zegt hij alvast op verontschuldigende toon, terwijl hij op weg is naar zijn lab. Op zich heeft hij geen ongelijk: zijn onderzoek speelt zich af in reageerbuisjes ter grootte van een vingerkootje. Maar wat er ín die reageerbuisjes gebeurt, is wel degelijk spectaculair. Otto’s onderzoeksgroep maakt een systeem van moleculen dat lijkt op leven.

‘Ze blijven maar groeien’

‘We vonden in 2010 min of meer toevallig een molecuul dat zichzelf repliceerde’, vertelt Otto. Dat was op zich niet uniek: er zijn andere moleculen die in staat zijn kopieën van zichzelf te maken. ‘Wat onze moleculen bijzonder maakt, is dat ze maar blíjven groeien. De ontwikkeling stopt niet.’

Dat gegeven bracht Otto op een idee. Als de moleculen zich voortdurend konden blijven repliceren, konden ze daar misschien ook veranderingen bij ondergaan. En dat bleek waar. Toen de onderzoekers gingen werken met twee soorten bouwsteentjes in plaats van één, ontdekten ze dat er andere soorten ringen ontstonden. Evolutie in een reageerbuis.

Dat het nu juist gebeurde in de reageerbuis van Otto, die als kind al fossielen verzamelde en fantaseerde over een toekomst als paleontoloog, is haast te mooi om waar te zijn. ‘Evolutie heeft me altijd al geïnteresseerd. Hoe ontstaat leven? Dat is een hele fundamentele vraag. En dan stuit ik op een molecuul dat me de kans geeft om dat te onderzoeken. Ja, dat is een mooi toeval.’

Chemisch leven

Otto geeft leiding aan een onderzoeksgroep van zeventien mensen, studenten, PhD’s en postdocs. Hun einddoel: zelf chemisch leven maken. Op de tweede verdieping van de doolhofachtige Nijenborgh 4, op meters afstand van het kantoor van Nobelprijswinner Ben Feringa, is het team dag in dag uit bezig met de reageerbuisjes vol moleculen.

Libraries heten die buisjes’, vertelt PhD-student Jim Ottelé. Het werkblad in het lab staat er vol mee, en in elk ervan zitten een heel klein beetje water en moleculen die druk aan het bouwen zijn. De taak van de onderzoekers, legt Ottelés collega Andreas Hussain uit, is precies in de gaten houden wat die moleculen doen.

‘We halen samples uit de libraries en die onderzoeken we’, vertelt Hussain, terwijl hij een demonstratie geeft. Hij schroeft het blauwe dopje van een van de buisjes af en haalt er met een pipet een minuscuul druppeltje uit. Hij laat het zien op zijn vingertop: een speldenknopje vloeistof. ‘Dit is al genoeg voor analyse. Normaal gesproken raak ik het natuurlijk niet aan, want dan hebben we er niks aan’, voegt hij er lachend aan toe.

Doorgaans verdwijnen de samples in een machine, de Ultra Performance Liquid Chromatograph (UPLC), die de sliertjes weer afbreekt tot ringen en laat zien hoe die ringen zijn opgebouwd. Dat levert de onderzoekers allerlei inzichten op. Bijvoorbeeld dat het type oplosmiddel in de libraries invloed heeft op welke soort ringen het meest voorkomt. Bij het ene oplosmiddel gedijt de ene soort moleculen het beste, terwijl andere moleculen het beter doen met een alternatief oplosmiddel. Net zoals survival of the fittest bij levende wezens: wie het best is aangepast op zijn omgeving, heeft de beste overlevingskansen.

Constant ingrijpen

Missie geslaagd voor Otto en zijn collega’s, zou je denken. Het evolueert, dus het leeft. Helaas, zegt de adjunct-hoogleraar, dat kun je niet zo stellen. Wat nu precies leven is en wat niet, is een stuk minder eenduidig dan het misschien lijkt. ‘Jij leeft, ik leef, een hond leeft’, somt Otto op. ‘Tot zover is iedereen het min of meer eens. Maar een virus? Kun je dat een levend wezen noemen?’

Bij zijn zoektocht naar leven houdt Otto de definitie van NASA aan. ‘”Een autonoom, zichzelf in stand houdend chemisch systeem dat Darwiniaanse evolutie ondergaat.” Wat betreft die Darwiniaanse evolutie zijn we nu een eind, maar zichzelf in stand houdend kun je ons systeem nog niet noemen. Het blijft bestaan, omdat wij er – in een flow system – constant bij ingrijpen.’

Dat flow system bestaat uit een drietal apparaten naast elkaar, met in het midden een aantal libraries. Vanaf de apparaten links en rechts gaan slangetjes in en uit de reageerbuizen. Het geheel zit onder doorzichtig plastic om de zuurstof buiten te houden. ‘Flow, flow, flow your molecules, gently down the stream’, heeft iemand op het plastic geschreven.

‘We “voederen” de moleculen door bouwsteentjes aan het systeem toe te voegen’, legt Andreas Hussain uit. ‘En we simuleren de dood door af en toe moleculen uit het systeem weg te halen.’ Doodgaan en eten zoeken kunnen de sliertjes nog niet zelf. Hussain, Ottelé en hun collega’s zijn op zoek naar een manier om dat wel voor elkaar te krijgen. Tot die tijd houden de wetenschappers het chemische ecosysteem gaande.

Voor God spelen

Je zou je er zomaar almachtig van kunnen gaan voelen, dat regisseren van leven en dood. Er zijn dan ook mensen die helemaal niet enthousiast zijn over het werk van Otto en zijn team. ‘Sijbren krijgt wel eens boze mailtjes van religieuze mensen’, zegt Jim Ottelé. ‘Ze vinden dat we voor God spelen.’ Hoofdschuddend: ‘Sommigen schrijven hele verhandelingen waarin ze betogen dat we niet evolutie, maar juist intelligent design bewijzen.’

‘Ik heb absoluut niet de illusie dat ik voor God kan spelen’, zegt Sijbren Otto nadrukkelijk. ‘En als er zoiets bestaat als God, denk ik niet dat hij het verkeerd zou vinden wat wij doen. Ergens begrijp ik wel dat het mensen zenuwachtig maakt. Het leven heeft een soort aura, hè, iets heiligs, juist omdat we het nog niet zelf kunnen maken. Misschien verdwijnt er iets van dat aura als het ooit wél lukt. Maar de waarde van het leven komt heus niet op losse schroeven te staan.’

Áls het ooit lukt. De weg naar zelfgemaakt leven is geplaveid met hard werken, engelengeduld en veel slagen om de arm. ‘Het onderzoek dat wij doen is technisch én intellectueel heel ingewikkeld’, zegt Otto. ‘Dat maakt het soms frustrerend. De meeste wetenschappers kunnen zich tot literatuur wenden als ze vastlopen. Als wij vastlopen, moeten we onszelf lostrekken, want er ís haast geen literatuur.’ Glimlachend: ‘Maar elk stapje dat we zetten is een uniek stapje. Dat is het mooie er weer van.’

‘Zelfs aan collega-scheikundigen kunnen we soms maar moeilijk uitleggen waar we mee bezig zijn’, vertelt Andreas Hussain. ‘Omdat het zo vaag is en we nog niet zeker weten waar we zullen uitkomen.’ Toch zien ook zij meer mooie dan moeilijke aspecten. ‘Het is fundamenteel onderzoek. We zoeken een antwoord op de vraag hoe leven ontstaat, dat is voor de hele mensheid relevant’, zegt Ottelé. ‘Ik ben blij dat ik hieraan meewerk en niet voor Shell naar olie boor.’ Hussain: ‘Wij zouden de doorbraak kunnen meemaken. Je weet maar nooit.’

English