Nieuws

Synthetisch leven maakt tempo

Arjen Dijkgraaf | maandag 29 juni 2020

In Groningen zijn zelfassemblerende moleculen bedacht die de vorming van kopieën van zichzelf kunnen versnellen. Als ze er lichtenergie bij kunnen gebruiken gaat het nog sneller, blijkt uit twee publicaties van de groep van Sijbren Otto.

Je kunt het katalyse noemen, maar zelf spreekt Otto van een primitieve vorm van metabolisme. En metabolisme is een van de voorwaarden om te mogen spreken van synthetisch leven.

Een andere voorwaarde is replicatie, en dat kunnen zijn moleculen al wat langer. Als bouwsteen dient een benzeen 1,3-dithiol (dus met twee SH-groepen) waaraan een korte keten van aminozuren hangt als ‛staart’. De thiolgroepen kunnen onderling zwavelbruggen vormen en zo ringen vormen van een aantal bouwstenen (gewoonlijk zes) met naar buiten stekende staarten. Deze zesringen kunnen zichzelf dan weer stapelen tot een soort vezels. En daarvan krijg je er steeds meer. Worden ze te lang dan breken ze, waarna beide helften weer verder aangroeien zolang er bouwstenen beschikbaar zijn.

Al eerder werd duidelijk dat die zesringen niet direct ontstaan uit losse bouwstenen (zie hier en hier). Die vormen namelijk eerst drie- of vierringen die zichzelf niet kunnen stapelen. Om daar zesringen van te maken, moeten zwavelbruggen worden opengebroken en verlegd. En min of meer bij toeval heeft promovendus Jim Ottelé nu ontdekt dat de eerder gevormde vezels dit proces versnellen, melden hij en Otto in Nature Catalysis.

Voorwaarde is dat het aminozuur lysine in de staarten zit verwerkt. Lysine werkt van zichzelf al een beetje katalytisch en dat effect wordt versterkt als in een vezel meerdere lysines worden gestapeld zodat ze elkaar gaan beïnvloeden – in natuurlijke enzymen zie je dat effect soms ook. De vezels kunnen daardoor meer dan alleen zwavelbruggen openbreken: retro-aldolreacties, die met dit verhaal verder niets te maken hebben, katalyseren ze óók.

Tegelijk meldt Guillermo Monreal Santiago (inmiddels postdoc) in Nature Chemistry dat je in plaats van lysine ín de vezels ook een kleurstof kunt gebruiken die áán de vezels blijft plakken, als fotokatalytische cofactor. Onder invloed van licht moet die kleurstof dan reactieve singletzuurstof  genereren die zwavelbruggen moeiteloos oxideert. Monreal wist dit vermoeden te bevestigen met twee bestaande kleurstoffen: Bengaals roze en tetrafenylporfyrine.

Otto tekent er bij aan dat het pas echt metabolisme is wanneer er zonder katalysator helemaal niets meer gebeurt, in plaats dat het alleen maar langzamer gaat. En voor echt synthetisch leven zijn er nog twee voorwaarden. Om te beginnen moeten de componenten elkaar actief bij elkaar kunnen houden: Otto noemt dat compartimentalisering, en denkt dat dat wel te doen moet zijn. Maar vervolgens moeten ze ook kunnen evolueren en chemische reacties kunnen aanleren die niet zijn voorgeprogrammeerd, en dát wordt een stuk lastiger.

Ottelé, J. et al. (2020). Nat. Catal. & Santiago, G. M. et al. (2020). Nat. Chem. 12

KVCV

Lid worden van de KVCV? Ontdek de voordelen!

Logo KVCV

KVCV Facebook

De KVCV is ook op Facebook te vinden:

facebook