Onderzoekers van de Universiteit van Minnesota hebben een synthetische cel ontwikkeld, SpudCell, die een complete levenscyclus kan doorlopen. Het genoom is negentig kilobasen groot. De onderzoekers zien mogelijkheden voor duurzamere productie in farmacie en industrie.
Een onderzoeksteam rond geneticus Kate Adamala heeft een synthetische cel gebouwd uit niet-levende chemische stoffen die zich kan delen nadat hij zijn DNA heeft gekopieerd. Met een genoom van negentig kilobasen zet dit resultaat vraagtekens bij de eerdere aanname dat een functionerende cel minstens 113 kilobasen nodig zou hebben. De cel is modulair opgebouwd uit zeven DNA-plasmiden, wat functies in principe programmeerbaar maakt, terwijl de overleving nu nog beperkt blijft tot enkele generaties. Voor Europese bedrijven en beleidsmakers raakt dit aan de vraag hoe ver je het leven kunt minimaliseren zonder nieuwe risico’s te introduceren, en wat dat betekent voor productieprocessen die nu veel energie en grondstoffen kosten.
Een mijlpaal in de synthetische biologie
SpudCell is ontworpen als bewijs dat je kernfuncties van een cel kunt nabouwen uit niet-levende chemische bouwstenen, zonder dat daarmee een nieuwe levensvorm wordt geclaimd. Het werk verscheen als preprint op bioRxiv en komt van onderzoekers van de Universiteit van Minnesota, onder leiding van Kate Adamala. Het team laat zien dat de synthetische cel kan groeien, zijn genetische materiaal kan doorgeven aan dochtercellen en daarbij varianten kan voortbrengen die sneller delen dan andere. Dat laatste lijkt op een elementaire vorm van natuurlijke selectie, al blijft de opzet volledig labgestuurd.
Synthetische biologie heeft de afgelopen jaren vooral voortgebouwd op bestaande organismen die genetisch worden aangepast; SpudCell vertrekt bij losse onderdelen en probeert daaruit een celcyclus te laten ontstaan. Dat maakt de cel interessant als testplatform voor industriële toepassingen, van farmacie tot chemie, juist omdat je functies strakker kunt afbakenen.
“Om het potentieel van deze technologie echt waar te maken, en haar robuust en praktisch te maken, is een gecoördineerde internationale inspanning onmisbaar.”
Kate Adamala, hoogleraar genetica, celbiologie en ontwikkelingsbiologie, Universiteit van Minnesota
Wat er in het DNA wél en niet hoeft
Het menselijke genoom omvat ongeveer 3.000.000.000 basenparen en bijna 20.000 genen, terwijl SpudCell met zijn compacte instructieset laat zien hoe ver je kunt terugschalen voor basale celfuncties. De discussie over minimale genoomgrootte is daarmee minder theoretisch geworden.
Goed om te weten
Een plasmide is een kleine, meestal ringvormige DNA-molecule die genetische informatie kan dragen los van een hoofdchromosoom. In SpudCell is die eigenschap benut om functies per DNA-module te scheiden.
Vier dingen die SpudCell nu al kan
De onderzoekers beschrijven een reeks concrete eigenschappen die in één systeem samenkomen. SpudCell kan:
- een volledige celcyclus doorlopen, van groei tot deling;
- delen zonder cytoskelet, een structuur die lang als onmisbaar voor celdeling gold;
- genetisch materiaal doorgeven aan de volgende generatie;
- varianten produceren die zich sneller vermenigvuldigen dan andere.
Veel cellulaire processen zijn in natuurlijke systemen vervlochten met het cytoskelet. Door dat element weg te laten, wordt zichtbaarder welke minimale chemie voldoende kan zijn voor deling, en welke routes de natuur in de evolutie heeft gekozen zonder dat ze strikt noodzakelijk zijn.
De beperkingen zitten in stabiliteit, niet in ambitie
De stap naar bruikbaarheid wordt nu vooral geremd door erfelijke instabiliteit. Het team wil de zeven DNA-plasmiden samenvoegen tot één genoom, omdat losse modules tijdens deling minder betrouwbaar worden doorgegeven. Als genetische informatie weglekt, valt een ontwerp na een paar rondes uit elkaar.
Daarom blijft SpudCell voorlopig aangewezen op een nieuwe externe toevoer nadat hij slechts enkele generaties heeft doorlopen. Die afhankelijkheid maakt grootschalige toepassing nog onmogelijk. Het legt een engineering-probleem op tafel: een synthetische cel ontwerpen die zowel programmeerbaar als genetisch robuust is.
Wat dit raakt in Nederland en Europa: energie, chemie en regelgeving
De mogelijke duurzaamheidswinst zit in een andere route naar dezelfde moleculen. De onderzoekers wijzen erop dat veel farmaceutische en industriële chemicaliën nu worden gemaakt door natuurlijke cellen te kapen of via agressieve, energie-intensieve chemie. SpudCell past in een alternatief waarin productie onder biologische temperaturen kan plaatsvinden in plaats van onder industriële hitte, met potentieel minder energie-input per stap.
Voor Europese innovatie is vooral de farmaceutische belofte relevant: de onderzoekers noemen als voorbeeld therapeutische moleculen met aminozuren die in de evolutie nooit zijn gebruikt. Dat vergroot de ontwerpvrijheid, maar schuurt ook tegen Europese kaders voor genetische technologie en bioveiligheid, waarin traceerbaarheid en risicobeheersing centraal staan. Nederlandse kennisinstellingen die al sterk zijn in synthetische biologie, zoals TU Delft en Wageningen University & Research, kunnen hierop voortbouwen met toepassingen en veiligheidsprotocollen die passen bij Europese eisen.
De eerstvolgende stap ligt bij het stabiel samenbrengen van de zeven plasmiden tot één genoom en het aantonen dat de cel langer dan enkele generaties kan doorgroeien zonder nieuwe toevoer van buitenaf. Als financiers van het onderzoek noemen de auteurs onder meer de John Templeton Foundation (award 61184), de Alfred P. Sloan Foundation (G-2022-19420 en G-2024-22710) en de Amerikaanse National Science Foundation (NSF; 2338121 en 2419641).
Blijf op de hoogte met de nieuwsbrief. Meld je hier aan.
( Je kunt ons ook steunen door lid te worden of te doneren )
