De lange weg naar het scheppen van leven

De natuur is zo complex dat het nauwelijks voorstelbaar is dat het allemaal vanzelf ontstond, zonder de sturende hand van een schepper, stelde VPRO-presentator Rob van Hattum vorige week op een symposium in Utrecht. Wie die schepper dan is, liet Van Hattum die avond in het midden: is het de mens, de natuur, het universum of God?

De omroep organiseerde de bijeenkomst ”De mens als schepper” samen met het wetenschappelijk genootschap KNAW. Het was de aftrap van de wetenschappelijke documentaire ”The mind of the universe” die de komende weken onder patronage van Unesco op tv wordt uitgezonden.

Commentator Robbert Dijkgraaf, hoogleraar aan de Princeton University (VS), stelt in de documentaire dat wetenschap en techniek de evolutie van de natuur versnellen. „De natuur deed er miljarden jaren over. Ons brein is een deel van de scheppingskracht van de natuur.”

Van Hattum vraagt de wetenschappers in het forum of zij zich ook zien als schepper. Hans Clevers, directeur van het Hubrecht Instituut in Utrecht, ziet zichzelf allerminst als schepper. „In de biomedische wetenschappen beschrijven we alleen maar wat er al is. Als we een genetische verandering aanbrengen in een muis, hebben we eigenlijk geen idee waarin we ingrijpen. We hopen dat de muis doet wat wij willen. Meestal gebeurt er iets anders en dan levert dat een interessant wetenschappelijk artikel op. Een ”tissue engineer” zoals George Church (van de Amerikaanse Harvard University, BvdD), die met 3D-printers levende materialen kan printen, is wellicht eerder een soort schepper.”

Sjoerd Repping, hoogleraar voortplantingsbiologie aan de Universiteit van Amsterdam, vindt evenmin dat hij leven maakt. „Hoewel we nieuwe embryo’s maken in ons laboratorium, gebruiken we slechts wat de natuur ons aan mogelijkheden biedt. We proberen het proces van de ontwikkeling van dit nieuwe leven steeds beter te begrijpen. Ons doel is patiënten met vruchtbaarheidsproblemen te helpen.”

Misschien dat Cees Dekker, hoogleraar nanobiologie aan de TU Delft, nog het meeste in de buurt komt van het scheppen van leven. Hij liet gisteren weten dat NWO 18,8 miljoen euro beschikbaar heeft gesteld voor een nationaal consortium BaSyC. Universiteiten vullen dit bedrag verder aan, zodat Dekker de komende tien jaar de beschikking heeft over 25 miljoen euro om samen met andere wetenschappers een kunstmatige cel te maken.

„Hoe krijg je uit levenloze moleculen een levende cel? Dat fascineert me mateloos. Ik maak van zeepbellen modelsystemen waar ik eiwitten in stop, in de hoop dat die filamenten gaan maken die er voor zorgen dat deze cellen zich in tweeën delen. Ik probeer hiermee het principe van levende cellen te begrijpen: hoe werken zelforganiserende systemen in de natuur?”

Beschouwt de nanobioloog zichzelf daarmee als schepper? „Jazeker. Maar wat betreft de titel van deze TV serie: voor mij is God the Mind of the universe. God schiep alles door middel van evolutie. Als wij zelf cellen maken, is dat om de bouwprincipes van God te achterhalen.”

Wat leven is, weet echter nog niemand, vervolgt Dekker. „Er bestaat wel een intuïtief fenomenologische beschrijving: leven is iets wat zichzelf in stand houdt, voortplant, groeit, zich aanpast aan zijn omgeving enzovoort. Maar wat het geheim van het leven is, wat de fundamentele onderliggende principes zijn, dat begrijpen we nog niet.”

Lees ook:

Eerherstel voor de Schepper .

Verruiming Embryowet een hellend vlak .

Drie portretten

Essentie van leven ontrafelen

Wetenschappers blijken hard op weg om de essentie van leven te ontrafelen. Zo speurt Lee Cronin, hoogleraar chemie in Glasgow, met 65 medewerkers naar nieuwe levensvormen, eventueel zonder bouwstoffen zoals eiwitten en vetten. Zijn uitgangspunt is de evolutietheorie en het idee dat leven vanzelf is ontstaan. „Als leven op aarde spontaan kon ontstaan, gaat dat wellicht gemakkelijker dan we denken. Ik denk dat we het na kunnen maken.”

De hoogleraar heeft er een machine voor ontwikkeld, waarin hij simpele moleculen bij elkaar voegt in de hoop dat er spontaan ingewikkelde moleculen uit ontstaan. Op de beelden van VPRO is glaswerk te zien waarin een groenige vloeistof staat te bubbelen. Deze wordt stevig geroerd en verwarmd. Continu weegt een geavanceerd apparaat de complexe moleculen die ontstaan. Als het apparaat iets heeft gevonden, krijgt Cronin een e-mail. Soms zelfs midden in de nacht. Hoopvol: „Als mijn machines hard genoeg werken, moeten we ooit iets ontdekken.”

Gestaag bouwt hij aan een soort chemische Google, een database die zichzelf opbouwt met de uitkomsten van Cronins machine. Deze database gaat nog veel verder dan Google, verzekert de hoogleraar. „Google is slechts een zoekmachine voor bestaande data.” Met zijn database moet uiteindelijk elke stof te vinden zijn die aan de basis staat van leven. Een machine moet die moleculen vervolgens allemaal kunnen maken.

„Als dat lukt, kunnen we nieuw leven scheppen.” Cronins ultieme droom. „En dat moet zo snel mogelijk gebeuren, want ik heb geen miljard jaar, maar slechts 10 of 20.” Desnoods wil hij kunstmatige intelligentie inzetten om zijn onderzoek fors te versnellen.

Cronin verkent met zijn machine de grenzen waarbinnen leven mogelijk is. „Wat hier op aarde geldt, geldt ook voor elders in het universum. Absoluut.” Hij houdt zijn medewerkers voor dat moleculen kunnen denken. „Vergeet dat niet”, pepert de hoogleraar hen in.

Kweekorganen uit stamcellen

Hans Clevers, directeur van het Hubrecht Instituut in Utrecht, probeert met zijn onderzoek aan stamcellen de grenzen van het menselijk kunnen steeds verder op te rekken. Het menselijk lichaam maakt voortdurend nieuwe cellen aan die de oude vervangen. Aan de basis van de nieuwe cellen staan zogeheten stamcellen. Door deze ‘reparatiekracht’ kunnen stamcellen voor een omwenteling in de geneeskunde zorgen. „Hoe beter we de natuur begrijpen hoe meer we die naar onze hand kunnen zetten.”

Clevers programmeert in zijn laboratorium stamcellen, en kweekt daaruit organoïden, mini-orgaantjes. „De ontwikkelingen gaan snel: binnen één generatie weten we hoe het lichaam zich opbouwt en in stand houdt; kunnen we elk orgaan repareren, en kunnen we voor elke ziekte het beste geneesmiddel vinden.”

De hoogleraar laat zien hoe hij te werk gaat. In schaaltjes met bepaalde groeistoffen en groeifactoren groeien kleine blaasjes cellen: organen in wording. „Hierin vormen zich spontaan nieren.”

Straks zijn orgaantransplantaties overbodig, denkt Clevers. Het inbrengen van een gezonde stamcel in een ziek orgaan volstaat. Een kapotte lever of nier kan zichzelf zo repareren en de veroudering van het menselijk lichaam kan worden vertraagd. „In muizen kan het al. De techniek testen op mensen ligt ethisch een stuk ingewikkelder; het kan wel, maar het mag nog niet.”

Ook maken stamcellen het mogelijk hele organen te vervangen. „We kunnen menselijke stamcellen inbouwen in een muis of in een varkens. We kunnen werken aan varkens waarin menselijke alvleesklieren groeien, doordat we daarin menselijke cellen stamcellen hebben aangebracht. Iemand met suikerziekte zou geholpen zijn met zo’n alvleesklier uit een varken. Mijn visioen is dat er boerderijen komen met varkens die menselijke alvleesklieren maken. Zodat we op die manier organen kunnen ‘kweken’”, aldus de hoogleraar.

Sjoerd Repping, hoogleraar voortplantingsbiologie aan de Universiteit van Amsterdam, maakt in zijn laboratorium zaad- en eicellen voor mensen die dat zelf niet kunnen. „Uit bijvoorbeeld een huidcel maken we eerst een stamcel, waaruit we vervolgens een eicel of zaadcel proberen te creëren. Via kunstmatige bevruchting (ivf) kunnen we vervolgens een gezond kind laten ontstaan.”

Ook is het steeds makkelijker om het DNA van cellen, ook van zaad- en eicellen en zelfs van embryo’s, aan te passen. Repping: „Dat biedt mogelijkheden om dragers van een genetisch overdraagbare, ernstige ziekte te genezen.”

Het sleutelen aan de genetische code leidt ertoe dat de grens tussen mens en dier verder vervaagt, beseft Clevers. „Als onze organen straks uit dieren komen, is alleen wat tussen de oren zit nog uniek aan de mens. De rest van het lijf kan worden vervangen door kweekorganen.”

Maar ook hersenen zijn te kweken uit embryonale stamcellen. Wat is er dan nog uniek aan de mens? Clevers: „We kunnen wel ”minibrains” maken. Maar onze hersenen zijn ónze hardware. Heel ons leven ligt daarin opgeslagen. Die informatie is niet te transplanteren. Elon Musk zou die straks wellicht kunnen downloaden op een usb-stick, en vervolgens kunnen uploaden in het nieuwe brein. Maar zover zijn we nu nog niet.”

DNA van de tekentafel

De Britse moleculaire ingenieur George Church van Harvard University (VS) verandert het DNA, het erfelijk materiaal, achter de tekentafel. „Ons DNA zit simpel in elkaar: het bestaat uit niet meer dan vier letters C, A, T, G. Na enige opleiding kun je daar gewoon aan sleutelen. We zijn in staat het bouwplan van het leven compleet te herschrijven.”

De ingenieur is inmiddels zo ver dat hij DNA op elke gewenste manier kan veranderen en bewerken. De techniek die hij daarvoor gebruikt heet CRISPR. Het is de precisiegenetica waarmee hij DNA naar wens kan veranderen. In bijvoorbeeld stamcellen kan Church een verkeerd gen simpelweg vervangen door een gezond gen. „Net zoals we met een tekstverwerkingsprogramma werken: we knippen de foute zin eruit, en we plakken de goede zin ertussen.”

Hans Clevers, directeur van het Hubrecht Instituut in Utrecht, legt uit dat CRISPR toegestaan is om bij individuele patiënten erfelijke aandoeningen te genezen. „Kiembaantechnieken waarbij via de embryonale stamcellen genetisch gemodificeerde informatie wordt doorgegeven aan het nageslacht, zijn vooralsnog niet toegestaan. Alhoewel dit met CRISPR- technieken gemakkelijk kan.”

Ook het DNA van gezonde mensen kan worden aangepast als dat wenselijk is. Als mensen naar Mars gaan, is het handig dat ze beter tegen straling kunnen, meent Church. „Kennis en fantasie gaan hand in hand. Satellieten, atoombommen en internet ontstonden ook eerst als literaire fantasie, en werden daarna pas werkelijkheid. De techniek kent geen grenzen; in feite kunnen we de hele genetische code naar onze hand zetten.”

Robbert Dijkgraaf, hoogleraar aan Princeton University (VS), omschrijft het in de documentaire van VPRO nog weer anders. „Wij scheppen zoals evolutie dat heeft gedaan, maar dan beter. Wij kiezen wat we scheppen of niet.”

In de toekomst is er wellicht nog veel meer mogelijk. Church: „In 1950 konden we niet bedenken wat we allemaal met de computer zouden kunnen. De meeste kwamen toen niet verder dan het laten berekenen van ingewikkelde sommen en het besturen van raketten. Facebook kwam bijvoorbeeld niet bij ons op. Zo kunnen we nu nog niet bedenken wat we straks allemaal kunnen met DNA.”

De lange weg naar het scheppen van leven

Wetenschap & techniek

RD.nl in uw mailbox?