Er is geen wetenschapper die weet wat leven precies is. Ook Cees Dekker, hoogleraar nanobiologie van TU Delft, niet. Maar hij hoopt de komende jaren „een paar babystapjes” te zetten in de ontrafeling van het leven. Met het geld van de prijs die hij heeft gewonnen.
Prof. Dekker noemt de Akademieprijs die hij eind vorige maand heeft gewonnen bij de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) een eer, een prachtige erkenning. „Maar ik wil daar gelijk aan toevoegen: zoiets bereik je nooit alleen. Achter mij staat mijn grote groep getalenteerde wetenschappers.”
De prijs levert Dekker een bedrag van 1 miljoen euro op. Op zijn kamer in het Delftse Kavli Institute vertelt hij enthousiast over zijn plannen: hij wil het geld gebruiken om een levende cel te bouwen.
„Kunnen we een werkende kunstmatige cel bouwen door losse componenten samen te voegen? Synthetische biologie gaat ons de komende jaren meer inzicht geven in de meest fundamentele vraagstukken: wat is de essentie van leven?”
Resoluut geeft hij zelf het antwoord: „Dat weten we niet. De basiseenheid van leven is de cel. Er bestaat eencellig leven, bijvoorbeeld dat van bacteriën; er zijn ook meercellige organismen, zoals wij. Een levende cel is een enorm complex samenspel van moleculen. Als ik alle bouwstenen van een cel zomaar in een reageerbuis stop, heb ik echter nog geen leven.”
Hoe zou u leven omschrijven?
„Ik kan een lijstje opstellen van eigenschappen van leven op celniveau: een cel verbruikt energie en voedingsstoffen, kan zich aanpassen, vermenigvuldigen enzovoort. Maar de essentie van leven begrijpen we niet: wat maakt een levende cel anders dan levenloze moleculen? Dat is nog volstrekt onduidelijk. Ik ben overigens niet de enige: Nobelprijswinnaar Jack Szostak –die ook onderzoek doet naar synthetisch leven– worstelt met dezelfde vragen.”
Als het wetenschappers lukt een kunstmatige cel te maken, hebben ze op zijn minst aangetoond dat daar intelligentie voor nodig is.
Dekker lacht. „Je moet onderscheid maken tussen wetenschappelijk onderzoek en de metafysische duiding die je daaraan geeft. Wetenschappers onderzoeken de natuur en zien daarachter misschien een goddelijk plan of louter toeval. Dat verschil in duiding was er 2500 jaar geleden al bij de Griekse filosofen. Deze discussie zal door dit onderzoek niet opeens heel anders lopen.”
Is de cel dan niet a priori op te vatten als het werk van een schepper?
„Daar is niets mis mee. Als christen zie ik ook de hand van God in de schepping.”
Zijn de Bijbelse gegevens voor u richtinggevend om uit de bouw van de cel een goddelijke plan af te leiden?
„De Bijbel is cruciaal om te leren wie God is, dat Jezus Heere is. Hij is op aarde gekomen, gestorven aan het kruis, daarna opgestaan en nu met ons in de Geest.
Maar de Bijbel is niet geschreven om ons iets te leren over de structuur van DNA. In die zin speelt het geen rol in mijn onderzoek. Ik geloof niet dat je uit de aard van de materie een goddelijk plan kunt bewijzen.”
Ziet u leven als een wonder van God?
„Ik zie het als een geschenk van God. Ik geloof dat Hij de wereld heeft geschapen door middel van evolutie. Het is echter nog volslagen onbekend hoe de eerste cellen ooit zijn ontstaan. Het mechanisme daarachter kennen we nog niet.”
Hoe was God volgens u bij de schepping van het leven betrokken?
„De betrokkenheid van God bij de vorming van het eerste leven was niet anders dan Zijn betrokkenheid bij alles wat nu gebeurt in de schepping. Ik geloof dat God deze wereld van seconde tot seconde draagt. Dat is nu zo, dat was 2000 jaar geleden zo, en dat was ook 4 miljard jaar geleden zo. Hij was er bij toen de eerste moleculen de eerste cellen vormden die aan het begin stonden van een lange keten van de evolutie van het leven die ten slotte uitliep op de mens.”
God lijkt zo alleen in Zijn voorzienigheid bij de schepping betrokken te zijn geweest. Maar waar was de schéppende God dan?
„Nee, zo zie ik dat niet. God heeft de wereld geschapen, tot aanzijn geroepen. Die schepping is een proces waarin God allerlei structuren achtereenvolgens heeft doen ontstaan. God is de Schepper van dat alles.
Als natuurwetenschapper observeer ik dat de oerknal en de evolutie hebben plaatsgehad. Als gelovig mens geloof ik van harte dat God de Schepper van deze kosmos is. Zonder Hem zou deze wereld er niet zijn.”
Ziet u het bouwen van een kunstmatige cel als een vorm van leven scheppen?
„Ik ben er niet op tegen om dat zo te noemen. Een nanobioloog ‘schept’ een cel, zoals een architect een gebouw ‘schept’.
In Genesis 1:28 krijgt de mens de opdracht de aarde onder zijn gezag te brengen. Die cultuuropdracht betekent dat ik moet onderzoeken hoe de natuur in elkaar zit; om die kennis te benutten ten dienste van de naaste. Die Bijbelse opdracht is voor mij richtinggevend in mijn werk als wetenschapper.
Dat onderzoek mag ik doen vanuit een houding van respect en ontzag voor de schepping. Ik las een artikel waarin een journalist beweerde dat we „het broddelwerk van God over gaan doen.” Ik vind zo’n insteek ongelooflijk arrogant.”
Hoe ingewikkeld is het bouwen van een kunstmatige cel?
„Buitengewoon complex. Het gaat de kennis en kunde van één persoon ver te boven. Ik zoek daarom samenwerking met deskundigen van andere universiteiten die elk hun eigen expertise inzetten om daarin stappen te maken.”
Welke stappen wilt u de komende jaren maken?
„Ik werk aan celdeling. Ik ben van plan een kunstmatige cel te maken, een soort zeepbel, met daarin alle eiwitten die nodig zijn voor deling.
Bij een bacterie werkt dat relatief eenvoudig. Zo’n cel heeft een soort sigaarvorm met in het midden een ring. Deze zogeheten Z-ring bestaat uit tientallen eiwitten. Als die het signaal krijgen dat het gedupliceerde DNA in de cel gescheiden is, trekken ze de ring samen. Op dat moment vormt zich tegelijk een celwand.
Zoiets staat mij ook voor ogen met mijn synthetische cel. Ik wil uiteindelijk een ‘zeepbelcel’ maken die zich kan delen in twee dochter-zeepbellen. Ik heb hiervoor een Europese subsidie toegekend gekregen.”
Waarom fascineert het onderzoek aan kunstmatige cellen u zo?
„Onder meer vanwege praktische toepassingen, zoals nieuwe antibiotica. Maar ten diepste is het pure nieuwsgierigheid: ik wil weten wat het verschil is tussen leven en levenloze materie, hoe levenloze moleculen zich organiseren tot een werkende cel. Ik ben een natuurkundige die voorlopig onbekommerd gaat bellenblazen op nanoschaal. Ik hoop een paar babystapjes te zetten in de ontrafeling van het leven.”
Verkenning van het allerkleinste
De oeuvreprijs die Cees Dekker, hoogleraar nanobiologie van TU Delft, op 25 juni zal ontvangen van de KNAW heeft alles te maken met zijn jarenlange onderzoek aan minuscule nanostructuren.
„Sinds de jaren 70 van de vorige eeuw hadden veel wetenschappers een droom: wat zou de ultieme miniaturisatie zijn van elektrische circuitjes? Zou je van één molecuul een transistor kunnen bouwen? Velen achtten het onmogelijk dit ooit voor elkaar te krijgen.” Daarin kwam echter verandering toen Dekker betrokken raakte bij de ontwikkeling van polymeren die elektrische stroom konden geleiden. Dat onderzoek raakte in het slop. Totdat Dekker op zogeheten koolstofnanobuisjes stuitte. Samen met Nobelprijswinnaar Richard Smalley bouwde hij een transistor uit één enkel koolstofnanobuisje. „Dat was een echte doorbraak.”
In de jaren 90 bracht Dekker de eigenschappen van koolstofnanobuisjes in kaart. „Ze hebben heel bijzondere eigenschappen. Ze zijn bijvoorbeeld ballistische geleiders: elektronen kunnen er zonder weerstand doorheen bewegen.”
Eind jaren 90 werd Dekker benoemd tot voltijds hoogleraar. „Ik vroeg me af: wil ik wel verder met koolstofnanobuisjes? Ik besloot het roer om te gooien.”
Dekker zette het nieuwe onderzoeksveld nanobiologie op. „Ik wil weten hoe eiwitten binden aan DNA; hoe de cel kapot DNA repareert; hoe celdeling in haar werk gaat. Hoe functioneren al die duizenden eiwitten –eigenlijk robotjes, nanomachientjes– bij deze processen?”
De afgelopen jaren is daar de synthetische biologie bij gekomen. „Het idee is om als een ingenieur aan levende systemen te sleutelen. Je kunt bijvoorbeeld een stuk DNA met een code die bij ons het dag- en nachtritme veroorzaakt, inbouwen in het DNA van een bacterie. We kunnen ook systemen van biomoleculen maken met een nieuwe functie. We kunnen DNA opbouwen tot bijvoorbeeld kubusjes of smileys. Maar er zijn ook serieuze toepassingen. Zo’n DNA-kubusje kun je vullen met medicijnen. Ze gaan open en geven hun inhoud af als ze een kankercel tegenkomen. Zoiets kan worden gebruikt om heel gericht kanker te bestrijden.”
Langzaamaan is het onderzoek verschoven van het bestuderen naar het bouwen van cellen die zichzelf kunnen handhaven.
Het is de hoogleraar weleens voor de voeten gegooid dat hij met nanobiologie een nieuwe hypeterm heeft geïntroduceerd. „Het is meer dan dat. Een eeuw geleden was microbiologie een nieuwe term voor onderzoek aan organismen op microschaal, zoals bacteriën. Als ik wil weten hoe het leven werkt, moet ik onderzoek doen aan biomoleculen op nanoschaal. De term nanobiologie geeft dat wat mij betreft correct weer.”
Cees Dekker
Prof. dr. Cees Dekker (56) is behalve hoogleraar directeur van het Kavli Institute of Nanoscience Delft. In 2003 ontving hij de Spinozapremie, de hoogste Nederlandse wetenschappelijke prijs. Dekker is lid van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen. In 2006 benoemde TU Delft hem als universiteitshoogleraar, een erkenning voor zijn bijzondere wetenschappelijke prestaties. Momenteel leidt hij ”Frontiers of Nanoscience”, een groot onderzoeksprogramma van de universiteiten van Delft en Leiden.
