Van diepzeebacterie tot dolfijn en van bakkersgist tot Nobelprijswinnaar - onze wereld zit vol zeer verschillende vormen van leven die eigenlijk ontzettend veel op elkaar lijken. Want in de kern bestaat alles wat leeft uit flexibele zakjes vol moleculen die samen werken aan één in leven blijven. Maar wat is 'leven' nou precies en kunnen wij dat proces nabootsen? Lange tijd konden wetenschappers leven prima ontleden, bestuderen en manipuleren, maar ze konden het niet namaken. Dat is echter in rap tempo aan het veranderen. In 'Makers van leven' praat Esther Thole met talloze chemici over hun spannende zoektocht naar de fundamenten van leven. Ze neemt ons mee naar een wereld waarin we via moleculaire machines, levende materialen, zelfsturende medicijnen en synthetische cellen doordringen tot de oorsprong van ons bestaan. En ze laat zien hoe chemici uiteindelijk zelf leven willen creëren.
Esther Thole is wetenschapsjournalist en redacteur bij NEMO Kennislink. wat leeft. Ze studeerde scheikunde aan de Rijksuniversiteit Groningen en schrijft over chemie in brede zin, maar vooral over de rol van chemie in alles of lijkt te leven, zoals materialen met levende kenmerken, synthetische cellen en zelfsturende geneesmiddelen.
'Makers van leven' biedt je een fascinerend kijkje in een van de meest grensverleggende wetenschapsgebieden van het moment.
Esther Thole is a scientist and editor at NEMO Kennislink. She studied chemistry at the Rijksuniversiteit Groningen and writes about chemistry in a large sense, but especially about the role of chemistry in everything that is alive. Or seems to live, like materials with lifelike characteristics, synthetic cells and self-steering drugs.
Chemie en journalistiek: een combinatie om van verveling bij in slaap te vallen? Niet zoals Esther Thole het brengt. Makers van Leven leest als een thriller.
Eerst een stuk geschiedenis om dan tot de feiten van vandaag te komen, gevolgd door de bouwstenen voor de toekomst. Weinig namen en datums, des te meer belangrijke gebeurtenissen die in mekaar grijpen en mekaar beïnvloeden, zodat de volgende stap er logisch uit voortvloeit. De schrijfster gaat geen technische term uit de weg maar alle termen worden wel netjes eerst op een begrijpelijke manier uitgelegd, zodat je het boek kan lezen zonder internetverbinding onder handbereik te moeten houden. Er staan heel wat opmerkelijke uitspraken in die, al dan niet opzettelijk, tot nadenken stemmen. Quote: "Niet dat alle bruine prut interessant is, maar soms zet die aan tot denken over wat er gebeurd zou kunnen zijn." Ik had het boek al uit voor ik me realiseerde dat er helemaal geen chemische formules, schema's, grafieken of andere grafische bladvulling in staat. Die heb ik dan ook helemaal niet gemist. 200 bladzijden fascinerende tekst. Schrijfstijl: je merkt dat Esther Thole journaliste is met een gedegen kennis van chemie. Er staan haast geen echte interviews in vraag-antwoordstijl in het boek, maar een resem van interviews met topwetenschappers vormen duidelijk de basis van een groot deel van de tekst. De levendige manier van schrijven komt zeker de leesbaarheid ten goede. Er een uitgebreide bibliografie (per hoofdstuk) op het einde voor wie nog dieper en/of technischer op de materie wil ingaan. Conclusie - De slogan van Maven Publishing vat het erg goed samen: Dit zouden meer mensen moeten weten.
In 8 duidelijk afgelijnde hoofdstukken neemt Esther Thole de lezer mee doorheen de geschiedenis tot de conclusie: waar staan we nu wat het (chemisch) maken van leven betreft?
1 wat is leven? De kleinste vorm van leven is de cel met als primaire kenmerk dat leven tegen de natuur in gaat. Leven wekt zijn eigen energie op. Wanneer het energieverbruik stopt, volgt de cel de natuurwetten wel en is ze dood. De wetenschap begrijpt hoe dat vandaag verloopt maar niet hoe het ooit begon. Moleculen zijn hetzelfde in levende als in dode materie. Als we het hebben over de oersoep dan hebben we het over moleculen, aminozuren, bouwstenen van eiwitten, nucleotiden voor RNA en DNA (= genoom). De ontcijfering van het DNA was niet genoeg om het leven te begrijpen. Dit boek gaat over het onderzoek naar de essentie van leven op moleculair niveau en de poging om 'iets' te maken wat 'leeft'
2. moleculaire motoren Moleculen zijn voortdurend in willekeurige en ongerichte beweging. Celdeling daarentegen vraagt gerichte beweging om te kunnen bestaan. Hoe? Dit wordt opgewekt door moleculaire motoren die door Ben Feringa (universiteit Groningen, Nobelprijs scheikunde 2016) in een laboratorium konden nagemaakt worden. Een interview met Ben Feringa (die ook het voorwoord schreef) brengt wat humor in de zaak. Leven kan niet bestaan zonder supramoleculaire chemie die aan zelf-assemblage doet. Interacties tussen groepjes moleculen is de volgende stap. Dat bestaat ondertussen al op kleine schaal.
3. Slimme materialen Slimme materialen hebben niet langer passief één functie maar kunnen zich actief aanpassen aan de situate van het momnent. Eigenlijk het nabootsen van de natuur: vb. isolerend als het koud is, warmte-afstotend bij grote hitte. Eerste praktische realisaties: zelfreinigende en zelfhelende materialen (vb anti-graffiti verf). Supramoleculaire niveau: moleculen reageren niet met elkaar maar plakken tijdelijk aan elkaar = altijd omkeerbaar. Zelfassemblage is de sleutel om van het nanogebeuren naar bruikbare materialen te gaan. Nanodeeltjes doen enkel iets als er geen enkele andere keuze is.
4. Van slimme materialen naar slimme structuren: nanogeneeskunde Nanovaartuigen: dendrimeren die als verpakking voor chemotherapie kunnen dienen en bijvoorbeeld enkel tumoren aanvallen en andere cellen gerust laten. Synthetische cellen zijn in het laboratorium (na)gemaakte levende cellen ; hybride cellen zijn levende cellen met een synthetisch onderdeel.
5. Hoe je lichaam doorlopend zichzelf vernieuwt Alle levende cellen in het menselijk lichaam worden continu vernieuwd, sommige sneller, andere langzamer. De cellen zelf kunnen zich niet meer splitsen, de nieuwe cellen worden aangemaakt door zogenaamde stamcellen. Een mal (kunstmatige hartklep) wordt in het lichaam ingebracht en trekt echte hartklepcellen aan die geleidelijk de zelfafbrekende kunstmatige klep gaan vervangen door een echte natuurlijke hartklep die verder meegroeit met het lichaam. Het lichaam bestaat uit cellen (de bouwstenen) en de matrix (het constructieplan). De cellen die voor vernieuwing zorgen verouderen zelf en zijn dan niet meer te herstellen. Dus geen kunstmatige verjonging.
6. De synthetische cel J. Craig Venter maakte een synthetische bacterie. Beginnen met iets dat werkt en steeds meer onderdelen eruit halen en zien wat er gebeurt. Het tegenovergestelde: beginnen met iets minimaals en steeds ingewikkelder maken tot het leeft. Een van de kernfuncties van de synthetische cel is het opwekken van energie voor de andere functies zoals groei en delen. Al die verschillende functies van al die moleculen die samenwerken en elkaar beïnvloeden noemen we netwerken. We weten al veel van individuele moleculen maar op het gebied van netwerken staan we nog nergens. Er bestaan door de regering gesponsorde projecten om gedurende de volgende tien jaar moleculen samen te brengen tot een cel die zich kan delen in tweee complete en levensvatbare nieuwe cellen.
7. Oorsprong van leven Omne vivum ex vivo - al het leven komt voort uit leven. Charles Darwin kwam met On the Origin of Species over natuurlijke selectie wat leidde tot de evolutietheorie. De Tree of Life is prachtig maar met een groot gemis: hoe ontstond de eerste levende cel uit dode materie? Een historische benadering lijkt kansloos omdat we niet weten wat we zoeken of waar we moeten zoeken. Het is algemeen aanvaard dat het leven een moleculaire basis heeft. Hoe kunnen we dat begrijpen: door te proberen de eerste chemische reacties en primitieve netwerken opnieuw op gang te brengen, zonder gebruik te maken van de oplossingen die de moderne, levende cllen daar voor hebben ontwikkeld. Wat een groot verschil is met het bouwen van een synthetische cel. DNA is daar te ingewikkeld voor, RNA niet. Waterstofcyanide (of blauwzuur) is een element dat hiervoor in aanmerking komt. Een holistisch zicht op het proces levert interessant nieuws op zoals het spontaan ontstaan van adenine moleculen uit waterstofcyanide en ammonia. Maar essentieel weten we nog haast niks over het ontstaan van het leven. De bron van het leven kan ook in de ruimte liggen, het is dus niet noodzakelijk op aarde ontstaan, al is dat laatste toch wel een stuk waarschijnlijker.
8. Het recept voor leven Geen oersoep namaken, maar replicatie, mutatie, selectie en evolutie laten plaatsvinden om ze te begrijpen. Met peptiden is momenteel zelfreplicatie, mutatatie en een heel klein beetje selectie al mogelijk. Volgens de gangbare definitie leeft een virus niet, maar als het een cel infecteert en zich gaat vermenigvuldigen leeft het wel. Leven en levend zijn is dus niet altijd hetzelfde. Een meetbare definitie van leven zou voor iedereen zeer bruikbaar zijn. Moleculen kunnen niet denken, nochtans: hersenen bestaan uit moleculen. Systeembiologie werkt via computermodellen aan reverse engineering van biologische processen. Dit werkt goed van het geheel naar de delen, maar nog niet andersom van de losse componenten tot het geheel. Energieverbruik en het benutten van de formatie binnen een cel kan een criterium zijn om de mate van leven of niet-leven te bepalen.
Epiloog: Leven maken: het einde van de betovering?