Dansk forskningscenter bygger levende organismer helt fra bunden
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Teknologiens Mediehus kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Dansk forskningscenter bygger levende organismer helt fra bunden

Illustration: Steen Rasmussen, FLinT

Hvorfor er vi levende?

Ja, det er et godt spørgsmål. Så godt, at fysikere over hele verden til stadighed knokler på at forsøge at besvare det.

Tilgangene kan være forskellige, men på forskningscentret FLinT (Fundamental Living Technology) på Syddansk Universitet er tilgangen at prøve at finde ud af, hvad der skal til, før døde materialer pludselig får liv og begynder celledeling og næringsoptag.

»Vores udgangspunkt er at prøve at lave minimale livsformer uden at benytte os af de biologiske byggesten, som evolutionen har frembragt over tid. Vi starter så at sige helt fra bunden for at finde ud af, hvad der gør, at nogle materialer er levende, mens andre ikke er,« siger Steen Rasmussen.

Foruden at være professor og centerleder på FLinT er han ekstern professor på det uafhængige grundforskningsinstitut Santa Fe Institute i den amerikanske stat New Mexico.

»Det handler om at forstå de kreative kræfter i naturen, ligesom når andre fysikere ser på mørkt stof. Når vi kan lave organismer ud fra ikke-levende molekyler, er det et kvalitativt skridt hen mod at bygge endnu mere generelle levende systemer uden brug af moderne biologi. Vi er som de gamle alkymister, der vil lave guld ud af noget, der ikke er guld,« siger han.

Læs også: Bioetikerne har fået travlt: Er det moralsk korrekt at skabe kunstigt liv?

Hvad definerer liv?

I modsætning til de såkaldte top-down-syntesebiologer, som manipulerer med allerede eksisterende organismer, så tilhører FLinT den modsatte gren, ’bottom-up-syntesebiologien’, hvor man altså starter nedefra og bygger et levende system op fra grunden.

Første udfordring viste sig ved, at det var svært overhovedet at definere liv. Trækker levende organismer vejret? Kan de bevæge sig? Formerer de sig?

Steen Rasmussen fortæller, at selv om der ikke findes en alment accepteret definition af liv, så benytter de fleste bottom-up-syntesebiologer sig af følgende definition:

’Systemet skal kunne optage ressourcer fra omgivelserne og ved hjælp af fri energi omdanne dem til byggesten, som får systemet til at vokse og dele sig (et stofskifte). Der skal også gerne være en nedarvelig form for information til stede, som kontrollerer vækst og deling (f.eks. dna). Når informationen nedarves til datterceller, skal (mindre) forandringer være mulige, så der er mulighed for selektion og evolution’.

Med den på plads kunne gruppen gå i gang med den store opgave at skabe et sådant ’system’, også kaldet en protocelle.

Læs også: Nye teknologier gør biologi til en ingeniørdisciplin

Et mikroskopbillede af en gruppe nydannede protoceller, hvor den røde farve skyldes fluorescens af ruthenium-komplekset, som sidder på ydersiden af dekansyre-vesikelmembranen. Illustration: Steen Rasmussen, FLinT

Godt 13 år er gået med at prøve sig frem, for – som Steen Rasmussen siger – ingen celle bliver levende og undergår evolution blot ved at man knipser med fingrene.

Gruppen har dog efterhånden lagt sig fast på et design, som de føler, giver mening, om end den endnu ikke sidder helt i skabet.

Designet består af en lille fedtsyrebeholder (vesikel), som på ydersiden er udstyret med ruthenium-komplekser og dna-molekyler med kulbrintehaler, der fungerer som hhv. stofskifte- og informationsmolekyler.

Steen Rasmussen forklarer, at fordelen ved at sætte molekylerne fast på ydersiden er, at de har fri adgang til at optage næring og komme af med affaldsstoffer uden først at skulle forcere en membran, som det typisk er tilfældet med levende celler.

Dna-baserne, der styrer vækst og deling, er i dette tilfælde oxoguaniner, som ’fordøjer’ tilførte olielignende picolinium ester-molekyler og omdanner dem til den mættede fedtsyre dekansyre, også kaldet caprinsyre, som herefter udgør byggestenene i systemet.

For at speede forsøgene op er gruppen i gang med at konstruere og 3D-printe en robotbaseret ’evolutionsmaskine’, som kan hjælpe med at lave mange eksperimenter ad gangen. Illustration: Steen Rasmussen, FLinT

Læs også: Gensaks giver studerende mulighed for at gøre store opdagelser

Mangler evolutionen

Kopieringen af dna foregår ved, at protocellen også bliver fodret med små dna-lignende molekylestykker, der bliver betegnet som ’group protected dna’ og omdanner dem til fungerende dna, som herefter kan baseparres.

Hele denne proces får vesiklen til at vokse og vokse, indtil den bliver ustabil og deler sig i flere mindre vesikler. Er der problemer med denne metode, kan man også presse boblen gennem et filter, som splitter den op, men forskerne har ifølge Steen Rasmussen haft fin succes med, at den gør det selv.

Med stofskiftet og informationen på plads mangler ’blot’ evolutionsdelen, dvs. at informationsmolekylerne skal vokse og dele sig lidt forskelligt for at en selektion kan finde sted. Lige den del har forskerne endnu ikke realiseret.

De har fundet ud af, at tilførsel af små ikke-funktionelle dna-lignende molekyler, kaldet ’head group-protected dna’, kan omdannes til fungerende dna-molekyler ved hjælp af det konstruerede stofskifte. Men det er ikke lykkedes at holde cyklussen kørende længe nok, til at ’livet’ vil fortsætte og udvikle sig.

Læs også: Studerende vil skabe råstofbakterier til fremtidens astronauter

Steen Rasmussen er dog optimistisk og håber, at dette problem kan løses inden for en tidshorisont på 5-6 år med lidt held og projektmidler.

»Lykkes det, vil det betyde, at vi kan lave livlignende systemer, som ikke er baseret på den arkitektur, moderne liv har. Det vil være nemmere at styre og gøre biologien større, for der vil være frit slag i bolledejen for, hvad vi kan lave,« siger Steen Rasmussen.

Han mener, at udviklingen nok kan give anledning til etiske spørgsmål, men at den også vil være en stor hjælp på vej fra industrisamfund og over i en endnu ikke klart defineret ny æra.

Selv om FLinT-gruppen fortrinsvis fokuserer på at forstå den grundlæggende fysik og kemi for levende processer, så har Steen Rasmussen alligevel nogle konkrete forestillinger om, hvad mulighed for skabelsen af levende organismer kan bruges til – og han udveksler selv erfaringer med internationale forskere, der er i gang med lignende projekter.

»Vi samarbejder bl.a. i et internationalt forskerteam, som kigger på, om man kan afhjælpe klimaforandringerne ved at skabe mere robuste økosystemer i tørre områder. Her kunne vi måske designe nogle protocelleprocesser, der kan arbejde sammen med nuværende organismer og forhindre eller forhale nogle af de helt store tørkekatastrofer,« siger Steen Rasmussen.

Emner : Biologi
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

"Systemet skal kunne optage ressourcer fra omgivelserne og ved hjælp af fri energi omdanne dem til byggesten, som får systemet til at vokse og dele sig (et stofskifte). Der skal også gerne være en nedarvelig form for information til stede, som kontrollerer vækst og deling (f.eks. dna). Når informationen nedarves til datterceller, skal (mindre) forandringer være mulige, så der er mulighed for selektion og evolution’."

Hvad forstås ved nedarvelig information? Der står intet om, at der skal være nogen program. Så det kan i princippet være kemiske reaktioner, neutroner, eller andet.

Hvad er ikke liv? Er afbrænding af affald liv? Det tager et stof fra omgivelserne og omformer det, og der bliver mere og mere af det, som det omformes til. Omformningen kontrolleres og moduleres af kemiske reaktioner. Er en atomreaktor liv? Det tager uran, og deler det til "afkom". Og det er forskelligt hvilke reaktioner der sker, så det er mulighed for selektion og evolution. Vi forstår det bare ikke helt formålet.

Som jeg ser det, så har formering, deling osv. intet med liv at gøre. Det er et eksempel på afbrænding. Der omsættes stof, så mængden af uorden stiger.

Hvad er så kunsten i liv? Hvad er det, som liv kan, og som afbrænding ikke kan? Det er faktisk meget enkel: Det er at løse et problem. Det, som liv kan, er at det kan overleve ved at løse et problem. Har du f.eks. en bakterie, så løser den problemer, for at overleve.

Nogen indenfor naturvidenskab forstår ikke kunsten at løse problemer for at overleve. Og tror, at liv er en afart af energiomsætning = afbrænding.

  • 0
  • 4