Op het eerste gezicht lijkt het een Frankensteinachtig verhaal. Amerikaanse onderzoekers hebben van niet-biologische materialen een cel gemaakt die levende cellen imiteert. De kunstmatige cel is nog verre van levendig, maar heeft wel mogelijk praktische toepassingen zoals het zuiveren van verontreinigd water.
Iets ontwerpen dat ook maar in de buurt komt van het vernuft van een levende cel is nog een toekomstdroom. Maar onderzoekers proberen al jaren om basisfuncties van cellen na te bootsen in compleet kunstmatige celimitaties.
De kunstmatige cel die onderzoekers van de New York-universiteit en de Universiteit van Chicago hebben ontwikkeld, kan zelfstandig stoffen uit de omgeving opnemen, verwerken en naar buiten duwen. Het is voor het eerst dat een kunstmatige cel dit gedrag – een belangrijke basisfunctie van levende cellen – nabootst.
Moleculen pompen
Levende cellen zijn complexe, autonome fabriekjes, waarin tal van biochemische reacties in harmonie samenwerken. Onder meer halen cellen moleculen zoals aminozuren en de energiebron glucose naar binnen en duwen ze afvalstoffen naar buiten.
Cellen pompen zulke moleculen door een complex membraan met piepkleine eiwitkanaaltjes. Maar moleculen van een omgeving van een lage naar een omgeving met een hoge concentratie verplaatsen, gaat niet vanzelf. Dat actieve transport kost energie. En die energie leveren de zogeheten mitochondriën in de cel in de vorm van het molecuul ATP.
Kunstmatige lichtpomp
De kunstmatige cel bootst dit actieve transport na op een manier die veel eenvoudiger is dan hoe een levende cel het aanpakt. De onderzoekers maakten van polymeren kleine bubbels ter grootte van een rode bloedcel (0,006 tot 0,008 millimeter). Daar prikten ze minuscule gaatjes in om de eiwitkanaaltjes na te bootsen. Om de kanaaltjes actief stoffen naar binnen en buiten te laten pompen, plaatsten ze er een chemische onderdeel in dat reageert op licht.
Als je licht op deze kunstmatige cel schijnt, treedt er een chemische reactie op waardoor materiaal naar binnen wordt gepompt. Zet je het licht uit, dan zit het materiaal gevangen in de cel. Door de chemische reactie om te keren, kan het materiaal weer naar buiten worden gepompt. Zo kan de kunstmatige cel, net als een levende cel, zelfstandig materiaal opnemen, vasthouden en naar buiten duwen.
Water zuiveren
De onderzoekers testten de werking van de kunstmatige cellen onder meer in water. Daar slokten ze in het water zwevende deeltjes op. Volgens de onderzoekers toont dit aan dat hun ontwerp mogelijk is te gebruiken om verontreinigd water te zuiveren. Ook toonden ze aan dat de kunstmatige cellen de bacterie E. coli kan invangen.
‘Zie de cel-imitaties als het videogamepersonage Pac-Man. Ze bewegen rond en verwijderen de verontreinigingen uit de omgeving door ze op te eten’, zegt chemicus Stefano Sacanna van de New York-universiteit.
De onderzoekers werken inmiddels verder aan andere kunstmatige cellen die meer celtaken kunnen nabootsen. Over Frankensteinachtige praktijken hoeven we ons nog geen zorgen te maken. Deze kunstmatige cellen komen niet in de buurt van (kunstmatig) leven; onder meer kunnen ze zichzelf (nog) niet vermenigvuldigen.
