Tot nu toe werd gedacht dat een microfilter met gaatjes van 200 nanometer (een vijfduizendste millimeter of rond de duizend middelgrote atomen breed) wel voldoende is om bacteriën tegen te houden. Microbiologen weten nu beter: de kleinste bacteriën ooit, nog niet benoemd, hebben door hun kleine afmetingen geen moeite met zelfs dit filter.
De ultramicrobacteriën doken op door een grondwatermonster te filtreren. Alleen de allerkleinste bacteriën passeerden het filter. Deze vrijlevende bacteriën zijn zo klein, dat er 150 van in een cel van de bekende en beruchte bacterie E. coli passen. Om te overleven, moeten de bacteriën woekeren met hun kleine celruimte. Ze bevatten maar enkele ribosomen, die m-RNA ‘afschriften’ van DNA in eiwitten vertalen, in plaats van de 1500 in een gemiddelde E. coli-cel. Ook het DNA is compact verpakt en kort, rond de 1 miljoen baseparen.
Een opname van de bacteriën. Bron: Berkeley Labs.
Onderzoekers vermoeden dat de bacteriën een deel van hun levensprocessen hebben “uitbesteed” aan grotere bacteriën in de buurt, zodat ze daarom hun cel hebben kunnen vereenvoudigen. De bacteriën beschikken over draadachtige structuren, die, vermoeden de onderzoekers, worden gebruikt om essentiële voedingsstoffen van elders te halen. Hoewel de ontdekking van de bacteriën nieuw is, blijken ze, nu er eenmaal gericht naar wordt gezocht, heel veel voor te komen. De bacteriën behoren tot zowel de grampositieve als de gramnegatieve groep en zijn, wijst metagenetische analyse uit, zeer divers in soortenrijkdom. Vermoedelijk zijn er daarom zeer veel soorten in deze allerkleinste grootteklasse bacteriën. De bacteriën zijn niet met standaardmethoden te kweken in een lab, vermoedelijk door de complexe symbiose met andere bacteriën.
Er waren al eerder zeer kleine bacteriën bekend, zoals de ziekteverwekker Mycoplasma genitalium. Deze kan alleen in leven blijven binnen levende cellen. Naar nu blijkt zijn deze dus geen uitzondering.
Alle leven op aarde is gebaseerd op water. Met de ontdekking van methaanzeeën op Titan, en een mysterieus chemisch verschijnsel, ontstond het vermoeden dat er mogelijk leven op Titan is. In een computersimulatie ontwikkelden onderzoekers een model voor de celwand van een niet-watergebaseerde levensvorm, die het op Titan uit zou kunnen houden.
Mysterieus proces ‘eet’ etheen en waterstof: leven?
De grootste maan van Saturnus, Titan, is bedekt met meren van vloeibaar methaan en ethaan, het voornaamste bestanddeel van aardgas. Ultraviolette straling van de verre zon breekt voortdurend ethaan af tot etheen en waterstof. Een onbekend proces op het oppervlak zorgt ervoor dat waterstof en etheen uit de atmosfeer verdwijnen en zich niet aan de oppervlakte ophopen. Titan is extreem koud: rond de -180 graden Celsius. Dit is veel te koud voor de reactie van etheen met waterstof. Sommige onderzoekers denken daarom, dat een nog onbekende levensvorm deze reactie uitvoert. Nu is er een probleem. Alle aardse levensvormen, en dus alle levensvormen die we kennen, gebruiken water als oplos- en transportmiddel. De celmembranen die aardse levende cellen omringen, verstenen in vloeibaar methaan. Is er een ander type celmembraan denkbaar, dat wél blijft functioneren in de cryogene omstandigheden op Titan?
De bijzondere structuur van acrylonitril maakt de azotosomen (d) de waarschijnlijkste vorm. Bron: artikel.
Celmembraan van giftige stof
Drie onderzoekers hebben nu aangetoond, dat het antwoord op deze vraag ja is. In een computersimulatie gingen ze uit van verschillende stoffen, waarvan bekend is dat deze veel op Titan voorkomen. De beste resultaten gaf acrylonitril, een klein, erg giftig molecuul dat onder meer voorkomt in superlijm. Aardse celmembranen bestaan uit twee lagen fosfolipiden (vetten): een buitenste laag en een binnenste laag. De lange waterafstotende staarten van deze vetmoleculen staan naar elkaar toegekeerd, waarmee ze de waterige omgeving binnen de cel afschermen van het water buiten. Acrylonitril (en meerdere andere geteste moleculen) vormt, zo toonden de onderzoekers aan, een eenvoudige celwand van slechts een molecuul dik. Deze structuren doopten de onderzoekers “azotosomen”, van het Franse woord ‘azote’ voor stikstof, en het Griekse ‘soma’ voor lichaam. Dit omdat de geteste moleculen alle stikstof bevatten. Acrylonitril vormt bij voorkeur azotosomen en is hiermee de geschiktste kandidaat. De gevonden azotosomen hadden volgens de onderzoekers een diameter van 90 Angström (9 nm). Vermoedelijk is dit een fout in het artikel: 90 nanometer is een zinniger waarde en ook de grootte van de kleinste virussen, waar de onderzoekers hun vondst mee vergelijken. Zie plaatje.
Kunnen azotosomen werkelijk bestaan? Uit de computersimulatie van de onderzoekers blijkt duidelijk dat stabiele celwanden in vloeibaar methaan mogelijk zijn. Uiteraard moeten deze structuren naar goed wetenschappelijk gebruik nog in het echt worden nagebouwd. Ook is een celwand op niet genoeg, deze moet ook levende inhoud hebben. Het bronartikel stelt dat in een methaan-stikstofgasmengsel, zoals de atmosfeer van Titan, zich vrij gemakkelijk de bouwstenen voor RNA vormen, het ‘voorouder-molecuul’ van leven. Zeer eenvoudige levensvormen zouden zich goed kunnen vestigen in de azotosomen. Een bacterie-ribosoom bijvoorbeeld, vermoedelijk de voorouder van eencellig leven, is ongeveer 20 nanometer groot en past dus ruim in de 90 nanometer grote structuren. Hoe zouden levensprocessen er uitzien onder de 100 kelvin, en in vloeibaar methaan in plaats van water? Is er wel überhaupt een biochemie, zelfs een volkomen onaardse biochemie, mogelijk bij deze ijzige temperaturen? Een vraag waar we nu iets gerichter antwoord op kunnen vinden.
Als er buitenaardse wezens bestaan, waarom zien we ze dan niet? Dit vraagstuk wordt de Fermi Paradox genoemd. De meest logische verklaring is dat deze geavanceerde wezens niet bestaan, vanwege een bepaalde reden. Dat iets wordt het Grote Filter genoemd. Waarom het goed nieuws zou zijn, als we geen leven zouden ontdekken op Mars, of andere plaatsen buiten de aarde.
Het Grote Filter
In theorie zijn er in het waarneembare heelal ontelbare miljarden plaatsen, waar de omstandigheden op die van de vroege aarde leken en dus leven kan ontstaan. Het zou in het waarneembare heelal dus moeten wemelen van leven. Omdat er op aarde meerdere soorten voorkomen met een behoorlijk hoog ontwikkeld zenuwstelsel, variërend van octopussen tot papegaaien, lijkt het vrij waarschijnlijk dat één van deze soorten zich ooit tot intelligent leven zal ontwikkelen. Toch is het heelal in de wijde omtrek van onze aardbol saai en doods. Al zullen astronomiefanaten het hier oneens mee zijn: de verreweg interessantste plaats in het zonnestelsel, en ver daarbuiten, is onze aardbol. Waarom is de aarde, voor zover we weten, in het waarneembare heelal de enige plek waar we dit soort visionaire discussies kunnen hebben? Deze groep redenen heeft een naam: het Grote Filter.
Deze bizarre “plant” van bijna zeven meter hoog, in werkelijkheid de schimmelsoort Prototaxites, legde uiteindelijk het loodje, omdat het ecosysteem te veeleisend werd voor dit primitieve organisme.
Bottlenecks bij het ontstaan van een beschaving uit het niets
Er zijn twee mogelijkheden: het Grote Filter ligt in het verleden, wat ons geluksvogels zou maken waarvoor het gehele heelal openligt, of het Grote Filter ligt in de toekomst, wat de mogelijkheden tot overleving letterlijk astronomisch klein, nauwelijks groter dan nul, zou maken. In dit artikel bekijken we de eerste mogelijkheid: de mensheid als overlever van een astronomische loterij.
We kennen maar één ecosysteem, het aardse, en slechts één voorbeeld van een beschaving, de menselijke beschaving. In het ontwikkelingspad naar de mens is de evolutie door meerdere bottlenecks geglipt. Mogelijk kunnen we een plausibel Groot Filter vinden, door de geschiedenis van het leven op aarde te bestuderen.
Ontstaan van het leven
De eerste bottleneck is het ontstaan van het leven. Op dit moment is het in het laboratorium niet gelukt om verder te komen dan het produceren van aminozuren, primitieve celwanden van lipiden en korte zichzelf vermenigvuldigende RNA-ketens, die veel weghebben van aardse viroïden. Op aarde dateren de eerste ondubbelzinnige sporen van leven van ongeveer 3,49 miljard jaar geleden[1]. Dat is ongeveer een miljard jaar na het ontstaan van de aarde, 4,54 ± 0,05 miljard jaar geleden. De eerste honderd miljoen jaar na het ontstaan van de aarde was deze bedekt door lava en dus onbewoonbaar. Ook was er het zogeheten Late Heavy Bombardment, een serie asteroïdeninslagen die voortduurde tot ongeveer 3,8 miljard jaar geleden. Dit liet vermoedelijk weinig over van de aardoppervlakte. Het leven duikt hiermee vrij snel op na het bewoonbaar worden van de aarde. Het is goed mogelijk, dat dit een smalle flessenhals was. Aan de andere kant: het is goed mogelijk dat het leven nog ouder was. In grafietdeeltjes van 4,25 miljard jaar oud bleek de verhouding koolstof-12/koolstof-13 hoger dan in een levenloze omgeving, wat erop wijst dat er het leven van slechts enkele honderden miljoenen jaren na het ontstaan van de aarde dateert. Mogelijk dateert het leven zelfs van buiten de aarde (panspermie). Zouden we geen leven ontdekken op Mars, dan is het ontstaan van het leven een extreem zeldzame gebeurtenis. We kunnen dan opgelucht ademhalen, want dan hebben we domweg geluk gehad.
Ontstaan van ribosoom-leven
Uit recente ontdekkingen blijkt dat de voorouder van het eencellige leven waarschijnlijk een ribosoom was. Ribosomen zijn enorme RNA-moleculen waar kleine eiwitten aan hangen. Ribosomen vertalen RNA in eiwit en in een baanbrekende ontdekking bleken ribosomen zélf alle onderdelen van het RNA-kopieersysteem te bevatten. Ribosomen moeten zijn ontstaan, toen de RNA-viroïden leerden samen te werken met eiwitten. Dit is in principe ook een bottleneck. In het lab is het namelijk nog niet gelukt uit RNA en eiwitten spontaan een ribosoomachtige structuur te laten ontstaan.
Op de een of andere manier zijn deze ribosomen informatie in het stabiele DNA gaan opslaan, waardoor ze in staat waren in ongunstige omstandigheden te overleven: het ontstaan van bacteriën en archaea. Ook vormden ze toen een sterke celwand. Ribosomen zijn nog steeds zeer belangrijk. In bijvoorbeeld de bacterie E. coli bestaat een groot deel van de cel uit ribosomen. Omdat bacteriën en archaea sterk verschillende ribosomen hebben en behoorlijk van elkaar verschillen, zijn ze waarschijnlijk los van elkaar uit ribosomen ontstaan.
Ontstaan van cellen met een celkern
Gedurende meer dan twee miljard jaar veranderde er vrijwel niets.Tussen 1,8 en 1,0 miljard jaar[2] geleden gebeurde er iets bijzonders: twee eencelligen gingen samenwerken.Tot deze tijd konden eencelligen alleen vergisten, wat tien keer zo weinig energie oplevert als verbranding. Zuurstof is echter een giftig gas voor de meeste anaerobe organismen. Enkele bacteriën beheersten de kunst om organische stoffen te oxideren en de overvloedige energie die daarbij vrijkomt, af te tappen. Een van deze soorten, een Rickettsia-bacterie, ging samenwerken met een grotere archaea. Deze bacterie veranderde uiteindelijk in een celonderdeel: de mitochondrie. Hierdoor kregen organismen energie om er een celkern er op na te houden. Deze celkern kan veel complexere levensvormen ondersteunen dan het miezerige draadje DNA in een bacterie. Dit is, voor zover we weten, slechts één keer gebeurd in de geschiedenis van de aarde. Dit maakt de Grote Symbiose een sterke kandidaat voor een Groot Filter. Mogelijk zijn er heel veel planeten met leven, maar zijn bacteriën in de rest van het heelal de hoogste vorm van leven.
Ontstaan van meercellige organismen
Meercellige organismen zijn maar liefst 46 keer onafhankelijk van elkaar ontstaan, zelfs voordat er organismen met een celkern ontstonden. Klaarblijkelijk is het niet erg moeilijk voor eencelligen om te gaan samenwerken. Dit is hiermee niet een erg waarschijnlijke kandidaat voor een Groot Filter.
Ontstaan van een geavanceerd zenuwstelsel
Wij kunnen denken en techniek ontwikkelen, omdat we een hoogontwikkeld zenuwstelsel hebben. Alle organismen die intelligent gedrag vertonen, beschikken over een ontwikkeld zenuwstelsel. Een zenuwstelsel heeft zich in meerdere diergroepen onafhankelijk ontwikkeld. Bijna elk dier heeft een zenuwstelsel. Zowel gewervelde dieren als koppotigen beschikken over een geavanceerd zenuwstelsel. Hoe ingewikkelder de omgeving, en hoe slimmer prooidieren en rovers, hoe betere hersens een dier nodig heeft om in leven te blijven. Enkele koppotigen, zoals de Pacifische reuzenoctopus, herkennen zichzelf in de spiegel en beschikken hiermee, met enkele vogel- en zoogdiersoorten, over zelfbewustzijn. Ook dit is dus geen aannemelijke bottleneck. Als de mens zich niet tot intelligente soort had ontwikkeld, had een andere soort dat wel gedaan.
Ontstaan van een technische beschaving
De mens beschikte al 1,5 miljoen jaar geleden over een grote hoeveelheid hersenmassa. De ontwikkeling van techniek verliep echter in een gletsjerachtig langzaam tempo. Pas ongeveer tienduizend jaar geleden werden de verzamelaars samengeperst tot landbouwgemeenschappen en steden, toen de zeespiegel snel steeg en de vruchtbare kuststreken verzwolg. De mens is een landbewonende soort, waardoor een mens veel makkelijker constructies kan bouwen dan een octopus of walvisachtige. Ook beschikt de mens over twee handen met vingers en opponeerbare duim, waarmee we gereedschap kunnen vasthouden. Olifanten alleen een slurf, papegaaien een snavel. Alleen de mens is daarom lichamelijk in staat, goed gereedschap te maken. Dit is op zich een geloofwaardige bottleneck: een slimme octopus kan niet veel meer dan iets als dit raadselachtige fossiel nalaten.
Conclusie
Er zijn enkele serieuze bottlenecks,die het aardse leven heeft overleefd. Het is goed mogelijk, dat er nog een bottleneck is die in het bovenstaande overzicht ontbreekt. Echter, geen van deze bottlenecks is echt overtuigend. Wat zou betekenen dat het Grote Filter in de toekomst ligt….
In ribosomen, kleine celonderdelen, zijn kopieën aangetroffen van alle onderdelen van de machinerie des levens. Ribosomen zijn zeer complexe moleculen die uit zowel eiwitten als RNA bestaan. Hebben we nu de oorsprong van het leven echt te pakken?
RNA wereld
T-RNA bevat aan één kant een gekoppeld aminozuur, aan de andere kant de code van drie ‘letters’ (nucleotiden, en wel van de RNA-variant). Als de ‘code’ bindt aan de passende plek op de lange keten messenger-RNA, wordt het gekoppelde aminozuur door het ribosoom aan de groeiende eiwitketen geplakt. Bron Wikipedia Commons
RNA is, anders dan DNA, weinig stabiel. RNA is echter wel in staat om als enzym te werken, terwijl DNA niet veel meer is dan een opslagmolecuul. Dit verklaart de populariteit van de RNA-wereld hypothese onder biologen. Deze zegt: voordat er DNA was, was er alleen RNA, dat zichzelf op de een of andere manier vermenigvuldigde en de omgeving manipuleerde.
Hoe RNA-gebaseerd leven er uitzag weten we niet, er bestaan anno nu voor zover we weten alleen nog maar RNA-virussen en viroïden, maar duidelijk is wel dat ribosomen hier een voorname rol in moeten hebben gespeeld.
Al eerder beschreef Visionair hoe een RNA-reactor een kraamkamer van ribosomen kan hebben gevormd. Een nieuwe ontdekking lost- waarschijnlijk- een volgend puzzelstukje op[1]. Ribosomen blijken namelijk een chemisch fossiel met zich mee te dragen, dat er op wijst dat ze in een grijs verleden zichzelf vermenigvuldigden, en hiermee de basis van het leven vormden.
Welke bestanddelen heeft de RNA-wereld?
Als we DNA wegdenken, hoeft DNA niet meer vertaald te worden in m(essenger)-RNA. Ribosomen lezen het m-RNA en vertalen dit in een eiwit. In dit proces koppelen ze nieuwe aminozuren aan de groeiende eiwitketen. Ribosomen doen dit, doordat het bijpassende stukje t-RNA wordt aangetrokken door de code van drie RNA-“letters” en aankoppelt. Niet via een chemische binding, maar via tien maal zwakkere waterstofbruggen. T-RNA bestaat uit een RNA-keten in de vorm van een kruis, met hieraan gekoppeld, een aminozuur. Voor elk aminozuur zijn er één of meer t-RNA’s. Dit aminozuur wordt losgehaald van het T-RNA en aan het groeiende eiwit gekoppeld. Dit proces stopt bij een stopcodon. Daaraan koppelt geen t-RNA, maar een blokkeermolecuul (release factor) dat het proces stopt, de twee delen van het ribosoom uit elkaar laat gaan en het ribosoom los laat koppelen van het messenger RNA.
Het speciale enzym aminoacyl tRNA synthetase, waarvan er per aminozuur een aparte variant is, koppelt dan weer weer los rondzwervende aminozuren aan het ‘lege’ t-RNA.
Gemiddeld kan een ribosoom 20-30 aminozuren per seconde aan elkaar plakken. Voor het produceren van een eiwit van 400 aminozuren groot, de gemiddelde grootte bij mensen, heeft een ribosoom dus tussen de vijftien en twintig seconden nodig. En bedenk ook dat er verschrikkelijk veel ribosomen zijn per cel, bij de mens tussen de 10 en 20 miljoen.
Hoe konden ribosomen zichzelf vermenigvuldigen?
Een ribosoom leest het messenger RNA (de rupsband onder en links) en rijgt de aminozuren van t-RNA’s aaneen tot een eiwitketen (beweegt naar boven). – Wikimedia Commons
Stel, ribosomen vormden de plek waar ooit alle genetische informatie werd opgeslagen. Dan moeten ribosomen zichzelf, direct of indirect, kunnen vermenigvuldigen. Ribosomen bestaan, zoals gezegd, uit eiwitten en RNA (in totaal rond de 4000-10.000 RNA-basen[2]). De eiwitten die deel uit maken van het ribosoom, moeten dan gebouwd worden. Deze moeten dus als hun RNA-blauwdruk, hun m-RNA, ergens opgeslagen staan.
Er bestaat nog geen DNA, dus moet dat opslaan in het ribosoom zijn gebeurd. Dit geldt ook voor de t-RNA’s. Zonder t-RNA’s, die aminozuren koppelen aan de m-RNA codes, werkt het ribosomale systeem niet. Ook de 20 t-RNA’s moeten dus terug te vinden zijn in het RNA van het ribosoom. Zo ook het enzym RNA-polymerase, noodzakelijk om een ribosoom te lezen en over te kopiëren.
Genetisch onderzoek: ribosomen als oeroude levensvorm
Om hun hypothese, dat het leven begon als ribosoom, te testen, moesten er dus sporen van deze dingen in het r(ibosomale)-RNA terug te vinden zijn. “Slachtoffer” werd de labmuis onder de bacteriën: E. coli. Van deze bacterie is het gehele genetische materiaal in kaart gebracht, inclusief dat van de ribosomen. De heersende hypothese is dat het RNA van het ribosoom maar één doel heeft: het ribosoom de juiste vorm laten houden. Dit bleek onzin: het RNA bevat extra informatie. Nader onderzoek wees uit dat er inderdaad sporen van alle oeroude t-RNA’s en omringende eiwitten te vinden zijn. Het t-RNA in de ribosomen bleek zich zelfs nog vrij goed in de juiste vorm te kunnen vouwen. Opmerkelijk, gezien de miljarden jaren dat het leven oud is.
Gevolgen
Nu de vermoedelijke voorloper van het eencellige leven is ontdekt, kunnen we om te beginnen op zoek gaan naar niet op DNA gebaseerde levensvormen. Mogelijk bestaan er meer op RNA gebaseerde levensvormen dan alleen de ontdekte RNA-virussen. Tot nu toe is er niet echt gericht naar gezocht: op RNA gebaseerde levensvormen kunnen niet met DNA-PCR-technieken worden gevonden. Nu RNA erg belangrijk blijkt te zijn voor het ontstaan van leven, kunnen we op zoek naar plaatsen waar zich veel bouwstenen van RNA, ribonucleotides, vormen. Hier zal de kans op leven veel groter zijn. Verder blijken ribosomen dus veel groter te zijn dan eigenlijk nodig. Synthetische levensvormen kunnen, blijkt dus, met veel kleinere, en dus zuinige, ribosomen toe, waardoor je een extreem groeikrachtige superbacterie, of ander organisme, kan kweken. Of, losse ribosomen kan gebruiken voor eiwitsynthese zonder een bacterie.
Een andere mogelijkheid is, dat op ribosomen gebaseerd leven zich in een andere richting heeft geëvolueerd dan als DNA-gebaseerd cellulair leven.
Het zag er tot nu toe steeds somberder uit. Bacteriën evolueren snel en worden in hoog tempo resistent tegen antibiotica. Met de ontdekking van teixobactin, de eerste van een compleet nieuwe klasse antibiotica, lijken de kansen gekeerd. Hebben we nu eindelijk een allesvernietigend wapen tegen sommige van de ergste ziekten ooit?
Resistentieloos antibioticum?
In nieuw onderzoek slaagden hoogleraar Kim Lewis en zijn onderzoeksgroep erin om een antibioticum te ontwikkelen, dat ziekteverwekkers uitschakelt zonder dat deze resistent worden. Iets dat onmogelijk is volgens zekere gevestigde microbiologische theorieën. Lewis haalde hiermee zelfs de heilige graal voor wetenschappers: een publicatie in het toptijdschrift Nature. Teixobactin werd ontdekt toen Lewis en zijn team een nieuwe methode ontwikkelden om tot dusver niet in het lab te kweken bodembacteriën te kweken. Al miljarden jaren voeren bacteriën onderling geregeld een biochemische oorlog op leven en dood, en Lewis slaagde er in een van hun wapens te ontdekken. En niet zomaar een wapen. Een antibioticum dat er in slaagt, tot dusver bijna onbehandelbare ziekteverwekkers als de tuberkelbacil en MRSA te doden.
Aan deze dodelijke eencellige, de tuberkelbacil, sterven jaarlijks nog miljoenen mensen. Zullen we deze moordenaar hun eindelijk met wortel en tak uit kunnen roeien?
Verborgen antibiotica in de bodem
Bodembacteriën hebben de meerderheid van alle bekende antibiotica opgeleverd, wat geen wonder is: verreweg de meeste bacteriën leven in de bodem, met miljarden per gram, maar slechts 1% van de bodembacteriën kan in het lab gekweekt worden. Deze beperkte populatie was in de jaren zestig al volledig uitgekamd. Tijd dus om de overige 99% te verkennen, en dit is wat Lewis en zijn team deden. Ze ontwikkelden nieuwe methoden om deze bacteriën in het lab te kunnen kweken en brachten deze onder in het biotechbedrijf NovoBiotic. Hun bedrijf ontwikkelde hiervoor de iChip, een miniatuur kweekomgeving, ontwikkeld door het team van Epstein, Novobiotic heeft nu 50.000 lijnen tot dusver niet gekweekte bacteriën onderzocht en in dit proces 25 nieuwe antibiotica gevonden. Hiervan is teixobactin de meest recente en ook veelbelovendste, aldus Lewis.
Teixobactin werd ontdekt tijdens een routineonderzoek van microbieel materiaal. Vervolgens testte Lewis het middel op resistentieverwekking en vond geen gemuteerde MRSA en Mycobacterium tuberculosum die resistent waren geworden tegen teixobactin. Teixobactin werkt, zo lijkt het, in op verschillende belangrijke biochemische productieroutes in de bacteriecel, waarmee de bacterie componenten voor de dikke, beschermende celwal aanmaakt. Tot 2015 toe is er geen antibioticum gevonden dat geen resistentie opleverde. Teixobactin is hiermee uniek.
Hoe werkt teixobactin?
Teixobactin tast geen eiwitten aan, maar bacteriële lipiden (vetten). Een dubbele laag fosfolipiden vormt het celmembraan bij soorten zoals de mens. Bacteriën en planten beschikken daarnaast nog over een dikke celwand. Omdat teixobactin zich hecht aan de voorgangers voor deze lipiden, kunnen bacteriën niet groeien en zichzelf delen. Dat zorgt er voor dat ons afweersysteem korte metten kan maken met de bacteriën. Dit verklaart, vermoedelijk, ook waarom de uiterst hardnekkige bacteriën S. aureus en M. tuberculosum er zelfs na 27 dagen blootstelling aan subletale doses teixobactin er maar niet in slaagden resistentie te ontwikkelen.
Kunnen we nu eindelijk levens redden?
Uiteraard zal er nog heel wat onderzoek overheen gaan voordat teixobactin als effectieve therapie ingezet kan worden, als dat al ooit gebeurt. Sommige potentiële antibiotica zijn giftig voor de mens, of kennen ernstige bijwerkingen. Teixobactin is alleen werkzaam tegen grampositieve bacteriën, niet tegen gramnegatieve bacteriën, waartoe veel andere ziektenverwekkers behoren. Aan de andere kant: als teixobactin geen resistenties opwekt, zijn er waarschijnlijk meer nog onontdekte antibiotica met dezelfde eigenschap. Farmaceutische giganten voelen er weinig voor te investeren in nieuwe antibiotica, omdat deze waarschijnlijk weinig voorgeschreven zullen worden. Dit voorkomt namelijk de ontwikkeling van resistentie. Dit is overigens weer een uitstekend argument, waarom universiteiten, internationale overheden en non-profit organisaties, de ontwikkeling van medicijnen moeten overnemen van de farmaceuten. We moeten het voortbestaan van mensenlevens niet af laten hangen van graaimanagers en kortzichtige aandeelhouders. en de totale oorlog verklaren aan armoede, ziekte en dood.
Lewis bereikte al eerder een medische doorbraak. Hij ontdekte een middel om de ‘slapende persistoren’ van MR staphylococcus aureus uit te schakelen, de reden waarom deze ziekteverwekker zo hardnekkig bestand is tegen antibiotica.
Het wordt op aarde steeds drukker, vooral in de onmiddellijke nabijheid van de snelgroeiende steden. Dit is uitgerekend ook de plaats waar steeds meer mensen komen te wonen. Geen wonder dat steeds meer stemmen opgaan om niet alleen mensen, maar ook planten in flats onder te brengen.
Landbouwflats hebben meer voordelen. Zo kan het afval van de stedelingen direct worden verwerkt tot meststof en liggen de transportkosten veel lager, dan als het voedsel van duizenden kilometers weg met komen zoals nu. Verticale boerderijen kunnen ook veel makkelijker plantenziekten buiten de deur houden, omdat het, net als kassen, afgesloten systemen zijn. Het licht is afkomstig van LEDs, die alleen licht uitzenden dat planten op kunnen nemen. Dus bijvoorbeeld geen groen licht. Leds halen nu een efficiëntie tot 300 lumen per watt; tot ongeveer 75% van de opgenomen energie verandert in licht. Hierdoor kan met een relatief lage lichtintensiteit toch een hoge gewasopbrengst worden gehaald.
Twee Kazachse onderzoekers publiceerden een gedurfde hypothese. Zij veronderstellen dat het leven op aarde van buitenaardse oorsprong is, en waarschijnlijk door een technisch gevorderde ‘schepper’ is verspreid. Hoongelach werd hun deel. Paul Davies analyseert hun claim, en gaat er dieper op in.
De Fermi Paradox staat nog steeds lijnrecht overeind. Als aliens bestaan, waarom zijn ze dan niet hier? Naar we nu weten, komen er honderden miljarden aardachtige planeten voor in alleen al de Melkweg. Een aanzienlijke fractie hiervan ligt in een bewoonbare zone.
Misschien zijn de methoden van de twee Kazachen onzinnig, het feit dát ze die vraag stelden, is uiterst bewonderenswaardig, en moet volgens Davies nagevolgd worden door andere disciplines. Niet alleen in het heden, ook in het verleden kunnen namelijk sporen zijn achtergebleven van buitenaardse bezoekers.
Voor bijbelvaste joden en christenen is deze vraag makkelijk te beantwoorden. In de bijbel staat, om precies te zijn, 120 jaar (Genesis 6:3). Inderdaad blijkt dit getal opmerkelijk dicht bij de levensduur van de vermoedelijk oudste mens ooit te liggen, de inmiddels overleden Jeanne Calment, die als klein kind Vincent van Gogh nog een rare snuiter vond.
Wat als we vals gaan spelen en wat van de biologische beperkingen die de mens ingebouwd heeft, op gaan heffen en onze levensduur echt flink op gaan rekken? Wat voor mogelijkheden zijn er? De Fountain of Eternal Life, een kunstwerk in Cleveland, Ohio, dat de eeuwige zoektocht van de mens naar het eeuwige leven symboliseert. Bron: Wikimedia Commons
Een sprong in de wat verdere toekomst deze keer. Als de aliens ons niet komen bezoeken, dan zoeken wij ze toch lekker zelf op. Dan moeten we natuurlijk wel even probleempjes zoals de lichtsnelheidsbarrière of onze beperkte levensduur oplossen. Grootheden als Michio Kaku gaan op de hun welbekende meesterlijke wijze helemaal los in deze überspannende docu, waarin de mogelijkheden voor interstellaire reizen en de mogelijkheden om buitenaards leven te vinden uiteen worden gezet.
Oftewel: Albert, eat this. Aliens, zet de koffie alvast maar klaar. We komen eraan! Ooit. Volgens Miguel Alcubierre is een warp drive, waarmee je je sneller dan het licht kan verplaatsen, natuurkundig mogelijk. Bron/copyright: http://www.startrekdesktopwallpaper.com/
De behandeling van kanker is zeer moeilijk, omdat ieder kankergezwel genetisch gesproken een uniek organisme is. Eigenlijk heeft ieder kankergezwel zijn eigen unieke medicijn nodig. Pink Army, een biotech coöperatie opgericht door Andrew Hessel, gaat hier wat aan doen. Door lid te worden van zijn coöperatie, koop je het recht op een anti-kankerdrug op maat. In de vorm van een virus.
Kankergezwellen als unieke organismen
Kanker is de voornaamste doodsoorzaak in Nederland en België. Kankerpatiënten sterven doorgaans een ellendige dood na een lang en slopend ziekteproces. Ook patiënten die kanker overleven, dat zijn er gelukkig nu twee op de drie, moeten om te genezen doorgaans zware, slopende chemotherapie en andere behandelingen ondergaan. Er bestaan honderden verschillende typen kwaadaardige tumoren, die afhankelijk van het type op een specifieke wijze behandeld moeten worden. Ook van gezwellen van hetzelfde type bestaan er de nodige subtypen. Omdat het DNA van een kankergezwel een gecorrumpeerde versie van het genoom van de patiënt is, is er ook veel patiënt-variatie tussen kankergezwellen. Dit alles betekent dat ieder kankergezwel uniek is. Traditionele medicijnen zijn ontwikkeld om een grote groep gezwellen aan te pakken. Doorgaans zijn ze ook giftig voor gezonde cellen en verzwakken de patiënt ernstig. Kortom: er is schreeuwend behoefte aan een medicijn, dat op maat gemaakt kan worden voor een specifiek gezwel.
Virussen zoals dit HPV, veroorzaken soms kanker. Zullen virussen op een dag kanker genezen?
Kankervirus als zilveren kogel
Elke kankercellijn heeft een karakteristiek genoom. De onder kankeronderzoekers wereldberoemde cellijn HeLa, bijvoorbeeld, is afkomstig van een baarmoederhalsgezwel van de op 32-jarige leeftijd aan deze kanker overleden Amerikaanse Henrietta Lacks. HeLa-cellen beschikken over extra kopieën van bepaalde chromosomen en zijn onsterfelijk. HeLa bevat daarnaast bepaalde uniek gecorrumpeerde chromosomen, die uniek zijn voor deze cellijn. Elk kankergezwel heeft dergelijke unieke DNA-fragmenten. Dit maakt het mogelijk om een designer drug specifiek op deze fragmenten te richten. Het idee van Hessel is om hiervoor weinig agressieve virussen te gebruiken, die alleen in staat zijn een cel over te nemen, als deze over deze speciale DNA-fragmenten beschikt. Met andere woorden: een virus dat alleen dit type kankergezwel aanvalt en andere cellen met rust laat.
Hoe werkt deze nieuwe kankertherapie in ontwikkeling?
De arts die de patiënt behandelt neemt een celmonster van het gezwel. Dit stuurt ze op naar Pink Army. Daar wordt het DNA van dit celmonster geanalyseerd en doorzocht op unieke fragmenten. Vervolgens wordt het digitale bestand van het genoom van een virus hiermee uitgerust, dit met een DNA sequencer in DNA-vorm uitgeprint en wordt het in een virus-eiwitmantel ingebouwd. De geproduceerde virussen worden vervolgens in de patiënt geïnjecteerd. Deze dringen kankercellen binnen, worden geactiveerd door de unieke fragmenten in het kanker-DNA en dwingen de kankercel honderden kopieën van het virus te produceren, waardoor de kankercel ten gronde gaat.
Status einde 2014
Hessel en zijn mensen verwachten rond de jaarwisseling ’14-’15 met de eerste proeven op honden te kunnen beginnen. Werkt het virus-op-maat en genezen de honden, dan zullen de eerste klinische experimenten op mensen vermoedelijk voorbereid worden. Uniek aan het zakelijke model van Hessel is dat klanten meteen ook deelnemer zijn in zijn coöperatie. De eerste groep van 600 leden nam een aandeel van twintig dollar in de coöperatie. De technologie zal geheel open source zijn. Slaagt Hessel, dan zullen de hackers van PinkArmy de medische wereld drastisch op zijn kop zetten. Hessel streeft ernaar een revolutie in gang te zetten, waarin patiënten de dure, trage en bureaucratische instanties op gezondheidszorggebied voorbij lopen en zelf hun genezing gaan crowdsourcen. Mensen die voor hun leven vechten, hebben weinig geduld met zeurende bureaucraten en patenttrollen. Hessels plannetje zou dus wel eens kunnen gaan lukken. Voor wie het oerconservatieve medische wereldje een beetje kent, een grote verademing. Wie geïnteresseerd is in dit project, kan zich bij Pink Army [1] aanmelden. Als deze beweging maar groot genoeg wordt, kunnen we de oorlog tegen ziekte en dood winnen.
