Meer dan een miljard jaar geleden verslond een hongerige cel een klein blauwgroen algje. Maar in plaats van dat die cel de alg verteerde, sloten de twee een opmerkelijke evolutionaire deal met elkaar: de alg werd een bladgroenkorrel, een organel waarin fotosynthese plaatsvindt en de plant van energie voorziet. Dit mirakel proberen wetenschappers nu ook in een lab te verwezenlijken.
Japanse onderzoekers transplanteerden de fotosynthetiserende afstammelingen van die algen, organellen van planten genaamd chloroplasten (of bladgroenkorrels), in hamstercellen. Daar zetten ze licht om in energie en bleven ze minstens twee dagen actief.
Sachihiro Matsunaga, bioloog aan de Universiteit van Tokyo, toonde in 2021 aan hoe kieuwloze zeenaaktslakken (Sacoglossa) bladgroenkorrels kunnen ‘stelen’ van de algen die ze eten. Zo kunnen de slakken wekenlang in hun energiebehoefte voorzien. Zijn team wilde dit mechanisme in andere dierlijke cellen nabootsen.
Wetenschappers hebben eerder al geprobeerd om bladgroenkorrels van planten over te zetten naar schimmelcellen, maar de opruimploeg van die cellen vernietigde de vreemde organellen binnen enkele uren. De groep van Matsunaga oogstte voor hun poging extra sterke bladgroenkorrels, afkomstig van een rode alg die goed groeit in zure vulkanische warmwaterbronnen. Die plaatsten ze vervolgens in ovariumcellen van hamsters die gekweekt werden in een laboratorium.
Mensen op zonne-energie
Het team isoleerde de bladgroenkorrels van algencellen met behulp van een centrifuge en door voorzichtig te roeren. De onderzoekers pasten vervolgens de samenstelling van het kweekmedium aan, zodat de dierlijke cellen verleid werden om de bladgroenkorrels op te nemen zoals amoeben dat doen. ‘Ze zagen ze aan als voedingsstoffen’, zegt Matsunaga. Dit verschilt van eerder werk, waar de onderzoekers de membranen van de gastheercellen doorboorden.
De getransplanteerde bladgroenkorrels behielden hun structuur en slaagden erin om twee dagen lang elektronen te transporteren, een cruciale stap in het verwerken van licht. Bij de voorgaande pogingen om bladgroenkorrels naar een vreemde cel te transporteren, werkte het transport slechts enkele uren. ‘Ik was ervan onder de indruk dat ze het zo lang volhielden’, zegt celbioloog Jef D. Boeke van NYU Grossman School of Medicine.
Er zijn echter nog uitdagingen: bladgroenkorrels hebben een constante aanvoer van eiwitten uit de cel nodig. ‘Dierlijke cellen hebben niet de vereiste genen om die eiwitten aan te maken en te transporteren. Zonder die eiwitten zouden de bladgroenkorrels dus snel afbreken’, zegt Werner Kühlbrandt, structuurbioloog aan de Max Planck Institute of Biophysics in Frankfurt. Net zoals Boeke maakte hij geen deel uit van het nieuwe onderzoek. Het team van Matsunaga is van plan om de genen die de fotosynthese in stand houden, in dierlijke cellen te plaatsen. Zo proberen ze die compatibeler te maken met de getransplanteerde bladgroenkorrels.
Dit soort transplantaties kunnen wetenschappers ooit helpen bij het ontwerpen van levende materialen, zegt Boeke. Denk aan fotosynthetiserende schimmels of bacteriën op daken die koolstofdioxide uit de atmosfeer halen, of organoïden die in het lab sneller kunnen groeien dankzij extra zuurstof van de bladgroenkorrel. Dat mensen kunnen functioneren op zonne-energie, blijft natuurlijk pure fantasie, zegt Matsunaga: ‘Daar zouden ze een oppervlakte ter grootte van een tennisveld bedekt met bladgroenkorrels voor nodig hebben.’
Dit artikel verscheen eerder in Scientific American.
Vertaling: Kato Speybrouck
Schrijf je in op onze nieuwsbrief
En blijf op de hoogte van de laatste inzichten in wetenschap en technologie.