‘Pipetten, shakers, koelkasten, eiwitzuiveringsmachientjes. Echt hoor, wat je hier ziet is niet zo bijzonder. Een standaard biochemisch lab.” Met grote stappen beent Cees Dekker, hoogleraar biofysica aan de TU Delft, langs de tafels met apparatuur. En voort, naar een ander deel. „Ook niet indrukwekkend. Pipetjes, chipjes. Achter dit gordijntje staat een zelfbouwmicroscoop met achterin wat lasers.”
Onderzoek draait niet om apparatuur, maar om de ideeën van mensen die er toepassingen mee bedenken, vindt Dekker. „Hier zijn we bezig met eiwitten sequencen. Normaal gaat het om dna als je hoort over sequencen, het aflezen van de lettervolgorde. Wij doen het met eiwitten. Dat is heel uniek, by the way. Het dna-alfabet heeft maar vier letters, dat van eiwitten heeft er twintig. We kunnen het nog niet, maar we zijn er bijna.”
Dekkers onderzoek is wereldvermaard. Hij werd beroemd met ontdekkingen rond koolstof nanobuisjes en verlegde twintig jaar geleden zijn blik naar de nanobiologie. „De moleculaire wereld, vol motoreiwitten en zelfgeorganiseerde processen, vind ik hyperfascinerend.”
Eind mei werd bekend dat een consortium onder leiding van Dekker en zijn collega Gijsje Koenderink een Summit Grant van 40 miljoen euro krijgt van wetenschapsfinancier NWO. De droom is om van losse moleculen een synthetische cel te bouwen die zichzelf in leven kan houden, kan groeien, kan delen én kan evolueren.
„Hoe is het leven ooit ontstaan? We hebben nog steeds geen idee”, zegt Dekker. „We weten dat er 4 miljard jaar geleden al aminozuren en vetzuren op aarde waren. Er waren allerlei moleculen, maar hoe ga je van een molecuul naar een celsysteem dat zich als eenheid verder kan evolueren tot aan de tientallen miljoenen soorten die er nu zijn? Pas als je zoiets zelf bouwt ga je echt begrijpen hoe het werkt.”
Hoewel celbiologen sceptisch reageerden als ik het erover had, hebben we inmiddels best veel bereikt
Onderzoek naar de synthetische cel is volop gaande. Waar staan jullie?
„Toen we tien jaar geleden begonnen, ook met een grote NWO-beurs, wisten we dat dit onderzoek van de lange adem was. En hoewel celbiologen sceptisch reageerden als ik het erover had, omdat ze het veel te complex vonden, hebben we inmiddels best veel bereikt.
„Een levende cel groeit, deelt, heeft een energiehuishouding. Hoewel het maar de vraag is of de natuur ook zo werkt, hebben wij ervoor gekozen om die verschillende functies eerst los te gaan bouwen. Neem de energiehuishouding: hoe reguleer je de flux van inkomende energie en bouwstenen en uitgaande restproducten? Echte cellen hebben tientallen eiwitten die dat regelen. Collega Bert Poolman in Groningen heeft een module gemaakt waarmee we met slechts drie eiwitten de brandstof voor een cel kunnen reguleren. Zelf heb ik gewerkt aan een module voor celdeling. Als we cellen sterk vervormen, in de vorm van een halter, en een bepaald eiwit op het punt hebben waar de celwanden elkaar bijna raken, dan gaat hij delen.
„We moeten de modules nu gaan integreren en dat geeft enorme uitdagingen. Alle eiwitten zijn in interactie met elkaar en ook de timing van de acties van elk eiwit is van belang. Ook zijn de condities waarbij elke module werkt heel uiteenlopend.”
Hoe zien jullie de rol van kunstmatige intelligentie hierin?
„Er zijn enorm veel mogelijkheden voor hoe die eiwitten zich in onderlinge samenhang gedragen, het is vrijwel onmogelijk om handmatig tot optimale condities te komen. Het idee is dat we een doel bepalen en met machine learning, AI, gaan verkennen bij welke parameters dit doel optimaal benaderd wordt. Bij celdeling, bijvoorbeeld, kan AI bekijken onder welke condities een floppy blaasje de juiste kant op vervormt. We gaan tienduizenden opties naast elkaar bekijken, in cycli van laboratoriumevolutie, en steeds een ronde verder met de meestbelovende.”
Ik denk dat ons realisme in de laatste jaren is aangescherpt, we begonnen volkomen naïef
AI staat bekend als black box, hoe blijft elke stap begrijpelijk?
„Dat is een belangrijk punt. We kunnen elke stap terug traceren in het algoritme en zo nagaan op basis waarvan de AI keuzes heeft gemaakt.”
U klinkt heel optimistisch over dit extreem ingewikkelde onderzoeksveld. Vanwaar dit optimisme?
„Dat zal deels een karaktereigenschap zijn. Maar ik zie geen fundamentele belemmeringen en we kunnen alleen maar te weten komen of het kan door het te gaan proberen. We maken ook serieuze voortgang. Ik denk dat ons realisme in de laatste jaren is aangescherpt, we begonnen volkomen naïef.
„Neem weer die celdeling. In bepaalde bacteriën gebeurt dat doordat een ring van eiwitten inkrimpt tot het punt dat de cel gaat splitsen. Maar dit bleek een veel te simpel beeld. Die eiwitten in die ring werken samen met twintig andere eiwitten, en ze zijn ook nog gekoppeld aan de celwandsynthese. De rol van die eiwitten bleek zelfs veel meer daarop gericht, een losse ring deed helaas niks in onze blaasjes.
„Het goede nieuws is dat er vele types organismen bestaan met verschillende mechanismen voor celdeling, dus we hebben veel om uit te kiezen. Ik denk echt dat we een kans maken, zeker nu we meer met AI en laboratoriumevolutie gaan doen.”
Als onze cel uit het lab zou ontsnappen dan vergaat hij direct tot een hoopje snot
U bent christen, hoe strookt dat met het ‘maken van het leven’?
„Veel mensen stellen me die vraag, is het niet God die het leven maakt? Eens, zeg ik dan, maar vanuit theologisch oogpunt zie ik geen probleem. We hebben van God de opdracht gekregen om deze schepping te beheren en te benutten tot dienst aan de naasten en daar past dit type wetenschap naadloos in. In de zin van het ontrafelen van de principes van levende systemen en dan later bedenken hoe we dat ten goede kunnen inzetten. Als God zelf de potentie in de wereld heeft gelegd dat moleculen zelforganiserende principes vertonen, dan is dat deel van de schepping en dan kan ik dat onderzoeken.
„Mensen vragen me ook of ik geen Frankenstein ben, of het wel veilig is. Daar hebben we veel aandacht voor. We bouwen tal van veiligheidselementen in het genoom van onze synthetische cellen. Daarvoor kunnen we technieken afkijken uit onder meer de gentechnologie. Als onze cel uit het lab zou ontsnappen dan vergaat hij direct tot een hoopje snot.”
Zijn om deze vragen de ethici bij het consortium betrokken?
„De basis van het onderzoek ligt bij de biofysica en de biochemie. En bij bio-informatici en genetici, want we moeten ook een genoom definiëren waar alle functionaliteiten van de eiwitten en de onderlinge interactie ingeprogrammeerd zijn, net als bij onszelf.
„Maar de ethici hebben we niet als windowdressing meegenomen. Ze gaan zich buigen over de veiligheidsvragen, hoe houd je als mens controle over dit soort systemen? Vergelijkbare vragen spelen bij gentech en AI. Ook gaan ze meedenken over de definitie van leven. We hanteren dat lijstje van functionaliteiten, van in leven houden tot evolueren, maar is dat dan het antwoord op wat leven is? Dat bevredigt mij als wetenschapper nog niet zo. Voor mij is de hamvraag: wat is het karakteristieke zelforganiserend principe van een levend systeem?
