Een Harvard-onderzoeker die op zoek is naar een model voor de vroegste cellen, heeft een systeem gecreëerd dat zichzelf assembleert uit een chemische soep tot celachtige structuren die groeien, bewegen in reactie op licht, repliceren wanneer vernietigd, en vertonen tekenen van rudimentaire evolutionaire selectie.

Terwijl het systeem, ontwikkeld door senior onderzoeksmedewerker Juan Pérez-Mercader, bootst wat men zou kunnen opvatten als vroeg celgedrag na, een belangrijk voorbehoud is dat het hoofdbestanddeel een molecuul is dat doorgaans niet in levende wezens wordt aangetroffen.

Pérez-Mercader zei dat dat door het ontwerp is. Een natuurkundige van opleiding, Pérez-Mercader startte het werk als vervolg op een artikel dat hij in 2003 schreef en waarin hij wiskundige modellen besprak voor enkele van de basiseigenschappen van het leven. Het recente werk, beschreven in het open-access tijdschrift Wetenschappelijke rapporten , is een poging om chemie te gebruiken om die wiskundige modellen naar de echte wereld te vertalen, hij zei.

"Ik probeer iets te bouwen dat het leven op een volledig kunstmatige manier nabootst, ', aldus Pérez-Mercader.

Pérez-Mercader kwam naar Harvard om zich aan te sluiten bij het Origins of Life Initiative, een universiteitsbrede inspanning waarbij onderzoekers van verschillende scholen en disciplines betrokken zijn. Het werk varieert van onderzoek naar de nog steeds duistere processen waardoor het leven voor het eerst ontstond tot het bestuderen van exoplaneten ver van de aarde.

Het leven heeft vier hoofdkenmerken, aldus Pérez-Mercader. Het slaat op, communiceert, toepassingen, en repliceert informatie - zoals in de gegevens in het DNA. Het heeft een metabolisme waardoor het zijn eigen onderdelen kan maken. Het is in staat tot zelfreplicatie. En het is in staat om te evolueren.

"Het leven ... doet al die dingen op basis van chemie. Als er een chemie is die al het bovenstaande doet, en is niet de bekende biochemie, we zoeken hoog en laag naar [het], " hij zei.

Het vermogen om te scheiden van de omgeving is een belangrijk onderdeel van elk levend systeem, aldus Pérez-Mercader. Hierdoor kan de chemie van het leven plaatsvinden in een ingekapselde structuur, waardoor het niet in de omgeving kan diffunderen. Het werk van andere onderzoekers op dit gebied omvatte het creëren van rudimentaire cellen via vetmoleculen, die worden gebruikt bij het bouwen van cellen door levende wezens. Pérez-Mercader probeerde het proces terug te brengen tot de essentie om de basis beter te begrijpen.

"Je moet wel iets hebben dat die compartimentering genereert. Dus we zeiden:'Kunnen we het compartiment op een eenvoudige manier bouwen?'", zei Pérez-Mercader.

Om het systeem te maken, Pérez-Mercader werkte samen met Anders Albertsen, een medewerker van de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen, en Jan Szymanski, een voormalig postdoctoraal onderzoeker aan Harvard, om een ​​chemische soep te maken die bestaat uit 2-hydroxypropylmethacrylaat. Ze voegden ruthenium toe, een lichtgevoelig metaal, om het molecuul te laten reageren op licht. Het gemodificeerde molecuul heeft de neiging om zich met anderen te verbinden tot lange zich herhalende ketens die polymeren worden genoemd, met het ene uiteinde dat water afstoot en het andere aantrekt. Die interactie met water zorgt ervoor dat de polymeren op één lijn komen te staan, en uiteindelijk blaasjes vormen.

Het systeem wordt geactiveerd door blauw licht. In de loop van enkele uren blootstelling, de monomeren verbinden zich tot polymeren, en de polymeren vormen sferische blaasjes, waarvan sommige de grootte van natuurlijke cellen naderen. Ze groeien door osmose totdat ze knappen en beginnen dan weer te groeien.

"Tegen vijf uur verandert het mengsel, "Zei Pérez-Mercader. "Tegen zes uur wordt het troebel. Ontwikkel deze containers uit het homogene mengsel. De containers imploderen en groeien weer, ze beginnen deze zeer interessante dingen te doen."

Het regeneratieve gedrag leidde Pérez-Mercader tot de beschrijving "phoenix vesicles, " naar de mythische vogel die in zijn nest verbrandde en opnieuw werd geboren.

Naast het vermogen om spontaan te vormen en te repliceren, de blaasjes worden aangetrokken door licht, en hebben de neiging om dicht bij de lichtbron te clusteren. Overuren, grotere blaasjes domineren de bevolking, Pérez-Mercader zei:wat aangeeft dat er een vorm van selectie aan het werk is.

Afgezien van eventuele lessen over het vroege leven, Pérez-Mercader zei dat de bevindingen nuttig kunnen zijn bij het creëren van een zelfassemblerend leveringssysteem in de industrie. Hij zei dat hij van plan is het werk voort te zetten met complexere blaasjes en wat actieve chemie in hun interieur op te nemen.

"De implicaties voor de oorsprong van het leven zijn voor mij erg interessant, hoewel ze nog moeten worden onderzocht, " hij zei.

Dit verhaal is gepubliceerd met dank aan de Harvard Gazette, De officiële krant van Harvard University. Voor aanvullend universiteitsnieuws, bezoek Harvard.edu.