Wat heeft een cel minimaal nodig om naar een voedingsstof toe te bewegen? Wetenschappers lijken daar nu achter te zijn gekomen.

Hoe vindt een spermacel de eicel? Of een witte bloedcel de schadelijke bacterie? Dankzij een oplopende concentratie van stoffen. Deze manier van chemisch navigeren, ofwel chemotaxis, is essentieel voor zowel lichaamscellen als microben. Kunnen wij dit kunstmatig nabootsen?

Jazeker, zo tonen wetenschappers van het Institute for Bioengineering of Catalonia aan in het vaktijdschrift Science Advances. Zij bouwden de simpelste kunstmatige cel ter wereld die zijn weg kan vinden naar specifieke stoffen.

Lees ook:

• Nieuw onderdeel in menselijke cellen ontdekt dat functioneert als een soort laadperron
• Biologen laten cellen van een hamster aan fotosynthese doen
• Plan: computer bouwen van hersencellen

Blauwdrukken

“Deze synthetische cellen zijn als de blauwdrukken van het navigatiesysteem van de natuur”, zegt hoofonderzoeker Giuseppe Battaglia. Hij en zijn team bouwden die kunstmatige cellen, liposomen genoemd, door drie componenten samen te voegen: vetten, kanaaltjes en enzymen.

De vetten vormen het celmembraan. In dat membraan zitten kanaaltjes die glucose (de eenvoudigste suiker) en ureum (een afvalproduct van de stofwisseling en het hoofdbestanddeel van urine) naar binnen brengen.

Vervolgens zetten de enzymen binnenin het liposoom de twee stoffen om in hun respectievelijke eindproducten (waterstofperoxide en ammoniak). Ten slotte worden die eindproducten via de kanaaltjes naar buiten gepompt.

Liposoom-boot

Doordat er buiten de cel continu glucose en ureum verdwijnt en in plaats daarvan waterstofperoxide en ammoniak bijkomt, ontstaan er verschillen in concentratie van de stoffen rondom het liposoom.

Dit leidt er – volgens natuurkundige wetten – toe dat de kunstmatige cel begint te bewegen in de richting van de hogere concentratie glucose en ureum. Een best ingewikkeld concept maar volgens de onderzoekers kun je het liposoom zien als een boot en de kanaaltjes en enzymen als de motor en het navigatiesysteem.

Minimale vereisten

Battaglia en collega’s analyseerden de beweging van meer dan 10.000 liposomen in piepkleine microscopische buisjes met oplopende concentraties (gradiënten genoemd) van glucose en ureum. Ze experimenteerden daarbij met een verschillend aantal kanaaltjes in het celmembraan van de liposomen.

Wat bleek? Naarmate er meer kanaaltjes aanwezig waren, trad er meer chemotaxis op. Met andere woorden: ze volgden sneller de gradiënt. De liposomen zonder kanaaltjes deden het omgekeerde; zij gingen juist naar een lagere concentratie glucose en ureum. Hier was alleen sprake van een passief proces, geen chemotaxis.

Het lijkt er dus op dat het onderzoeksteam de minimale vereisten voor chemisch navigeren voor cellen heeft ontdekt. Dat is een interessante ontdekking met oog op het ultieme toekomstige doel: het daadwerkelijk bouwen van een levende kunstmatige cel.

Bronnen: Science Advances, Institute for Bioengineering of Catalonia via EurekAlert!

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!