Wetenschap - 15 maart 2018

Leven in de brouwerij: Lee Cronin wil overgang van dode naar levende materie nabootsen

tekst:
Albert Sikkema

Lee Cronin hield op 9 maart de diesrede voor de 100-jarige Wageningen University. De onconventionele Britse chemicus koppelt een stokoude vraag – hoe is het leven ontstaan? – aan ultramoderne chemie. ‘Daarbij ben ik God, de maker. Niet om God te spelen, maar om te snappen hoe het leven is ontstaan.’

foto Guy Ackermans

Lee Cronin stelt een van de meest basale en wezenlijke wetenschappelijke vragen: hoe is het leven op aarde ontstaan? Als we de evolutie terugdraaien, komen we zo’n 4 miljard jaar geleden uit bij de bacteriecel, het oudste en kleinste levende wezen dat onderhevig is aan evolutie. Maar hoe is die eerste bacterie ontstaan uit de dode materie – atomen en moleculen – op aarde, vraagt de Britse hoogleraar zich af.
Nu bestaat daar een klassiek beeld over. We zien een woeste oceaan, een oersoep met chemische elementen, en onweer aan de horizon. Die zorgt voor elektriciteit en in dat samenspel van stroom en materie zou leven zijn ontstaan. Cronin kent dit klassieke verhaal. ‘We hebben eerlijk gezegd geen idee of het klopt.’

Creationisme
Cronin, werkzaam aan de University of Glasgow, neemt ook aan dat het leven op aarde is ontstaan uit dode materie. ‘Het belangrijkste bewijs daarvoor is dat er leven is op aarde. Het is een open en heel spannende vraag. Veel onderzoekers richten zich op de vraag welke chemie nodig was voor het leven, maar niemand werkt aan de functionele systemen die leven mogelijk maken. Onze groep denkt dat dit de enige manier is om deze vraag te beantwoorden.’
Daarom probeert Cronin de overgang van dode naar levende materie in het lab na te bootsen. En hij denkt dat ook op dit proces de evolutietheorie van toepassing is. ‘Het feit dat er evolutie plaatsvindt in de biologische systemen die we kennen, geeft ons aanknopingspunten dat evolutie ook een rol kan hebben gespeeld bij de vorming van de eerste levende cellen. We onderzoeken nu met laboratoriumexperimenten hoe de eerste cellen kunnen zijn ontstaan. Dat lijkt ons de enige manier waarop de biologie op aarde kan zijn begonnen.’
Cronin schuwt de provocatie niet. Tijdens de Masterclass voor Wageningse onderzoekers beredeneert hij waarom het creationisme niet kan kloppen. Creationisten denken dat het leven op aarde is ontstaan door een unieke scheppingsdaad; alleen op aarde is leven. De kans daarop is net zo groot als de kans dat een aap die je achter de computer zet toevallig een roman schrijft, redeneert Cronin.

Evolutiemachine
De chemicus wil een ‘evolutiemachine’ bouwen. ‘Daarbij ben ik God, de maker’, zegt hij. ‘Niet om God te spelen, maar om te snappen hoe het leven is ontstaan.’
In zijn lab tracht hij de fundamentele bouwstenen voor leven bijeen te brengen. Dan gaat het om atomen en moleculen die, gevoed door een energiebron, op elkaar reageren en nieuwe structuren vormen. In deze fitness landscapes van Cronin ontbreken eiwitten en DNA, elementen van het biologische leven zoals wij het kennen. Met softwareprogramma’s test hij talloze willekeurige combinaties van atomen en moleculen uit. Cronin hoopt zo ‘evolutionaire algoritmes’ te vinden die dode materie omzetten in levend materiaal.
‘De vraag hoe het leven op aarde is ontstaan, is feitelijk een historische vraag. Het enige dat ik als chemicus kan doen is het uitvoeren van experimenten in het laboratorium en kijken of mijn experimenten leiden tot levende systemen.’

Niet om God te spelen, maar om te snappen hoe het leven is ontstaan.

Medicijnen printen
Naast deze zoektocht naar de oorsprong van het leven werkt Cronin ook aan praktische zaken, zoals het printen van geneesmiddelen. Medicijnen zijn complexe moleculen. Nu worden die gemaakt door farmaceutische bedrijven. De chemicus wil ze maken op een 3d-printer, zodat iedereen straks zijn eigen medicijnen kan uitprinten.
Om dit te bereiken, heeft Cronin een toolkit nodig van basismoleculen. Alle medicijnen zijn opgebouwd uit koolstof-, waterstof- en zuurstofmoleculen. Naast deze chemische bouwstenen heeft hij een recept nodig: de juiste combinatie van basismoleculen voor het medicijn. ‘We moeten het maakproces opdelen in verschillende stappen met nauwkeurig gedefinieerde bouwstenen’, legt hij uit. Als je die bouwstenen met de juiste reagentia combineert, heb je als het ware de ‘inktpatronen’ waarmee de 3d-printer de complexe chemische structuren kan bouwen. Zijn groep produceerde op deze manier met succes de pijnstiller ibuprofen.
Cronin voorziet een toekomst waarin mensen de basisbestanddelen voor medicijnen in huis hebben, zoals ze de ingrediënten voor hun maaltijd in de koelkast hebben staan. Als ze een medicijn nodig hebben, krijgen ze een recept van het farmaceutische bedrijf dat ze thuis kunnen printen. ‘De waarde zit in het recept, dat is gevalideerd met onderzoek, en niet in het maken van het recept. Het medicijn is een app, in essentie.’
De chemische computer of ‘chemputer’ van Cronin opent de mogelijkheid dat medicijnen overal ter wereld kunnen worden gemaakt, maar ook dat er medicijnen kunnen worden ontwikkeld voor kleine of arme groepen mensen. Daarnaast maakt die het mogelijk om snel nieuwe moleculen op menselijke cellen te testen, waardoor de ontwikkeling van nieuwe medicijnen veel sneller gaat.

Gekke ideeën
Cronin verwacht dat de chemie de komende jaren sterk zal veranderen. ‘De chemici van de toekomst moeten ook computers kunnen programmeren, databases kunnen bouwen en semiautomatische systemen kunnen ontwerpen om hun chemische kennis te kunnen integreren voor nieuwe toepassingen.’
Tijdens de masterclass zit hij voortdurend de natuurkundigen en biologen in de zaal uit te dagen. Onder invloed van de computerkunde en bio-informatica kunnen deze vakgebieden veel van elkaar leren, denkt hij. ‘Het grootste probleem is dat fysici, chemici en biologen een andere taal spreken en elkaar vaak niet begrijpen.’ Hij denkt dat de jonge computergeneratie het verschil gaat maken. ‘Als ik onderzoeksgeld mag verdelen, dan geef ik geen geld aan oude onderzoekers met een geweldig track record. Die gaan namelijk meer van hetzelfde onderzoeken. Ik zet mijn geld op jonge onderzoekers met gekke ideeën, zonder track record.’

Voorafgaand aan de diesplechtigheid poseert Lee Cronin (in lila broek) met het cortège van hoogleraren.
Voorafgaand aan de diesplechtigheid poseert Lee Cronin (in lila broek) met het cortège van hoogleraren.

Lees ook:


Re:ageer