De eerste menselijke ruimtereizigers naar Mars zullen mogelijk niet alleen komen. Kleine, lichtgewicht bacteriekolonies vol met genetisch gemanipuleerde microben zullen het leven op nieuw te koloniseren planeten en stuk gastvrijer maken.
Micro-arbeiders
Het koloniseren van een verre, levenloze wereld is anders dan bijvoorbeeld een Aards eiland. Letterlijk alles zal meegenomen moeten worden van de aarde, en als je bedenkt dat het in de luht brengen van een kilogram nuttige lading tot wel honderd kilogram raketbrandstof kost, kan je je voorstellen dat dit een dure en hachelijke onderneming is. Het is dan veel slimmer, om ‘gereedschap’ mee te nemen dat zichzelf kan vermenigvuldigen en kan leven van de lokaal beschikbare materialen, zoals maanstof of Marsbodem. De producten die ze uitscheiden kunnen een menselijke nederzetting voorzien van bijvoorbeeld bouwmaterialen of andere grondstoffen die essentieel zijn om te overleven in een weinig gastvrije omgeving.
Genetische bouwdoos
NASA is ondertussen begonnen deze droom werkelijkheid te laten worden en heeft er zelfs een speciaal lab voor opgericht, het Synthetic Biology Initiative. Leidster Lynn Rothschild, verbonden aan het Ames Research Center in Moffett Field, California, geeft leiding aan de pogingen van NASA om ‘designer microbes’voor toekomstige bemande missies te ontwikkelen. Ze deelde de voorlopige resultaten op het BioDesign Forum in de Engelse universiteitsstad Cambridge.
Synthetische biologie is in feite de opvolger van recombinant DNA technieken en is een soort combinatie van biologie en ontwerp. De beoefenaars van biologie hebben en soort biogenetische ‘legodoos’ samengesteld met bouwblokken, ‘biobricks’, waarmee een organisme naar wens is samen te stellen. Bij bacteriën kan dat gemakkelijk, veel genen bevinden zich op losse kleine cirkelvormige stukjes DNA, de zogeheten plasmiden. Dit gebeurt al dertig jaar.
Interessanter is de genen in de hoofd-DNA keten van de bacterie in te bouwen, want plasmiden willen nog wel eens achterblijven bij celdeling. Inbouwen in de hoofd-DNA keten gebeurt bij synthetische biologie. Een ander verschil is de techniek. Bij DNA recombinant technologie worden enzymen of virussen gebruikt om een stuk DNA in het genoom van een plant, dier of bacterie te lassen. Het is dan niet goed voorspelbaar waar precies in het genoom het gen terecht komt. Synthetische biologie stelt biogenetici in staat een bacterie gen voor gen samen te stellen en is dus onvergelijkbaar veel krachtiger. Het wordt dan haalbaar om een bacterie te ontwikkelen die het in de barre omstandigheden op Mars uithoudt (onze techniek is nog niet ver genoeg om een bacterie te ontwikkelen die het op bijvoorbeeld het kurkdroge maanoppervlak uithoudt).
Aardse bacterie doet het beter op Mars
Hebben we eenmaal een dergelijke bacterie, dan wordt het mogelijk om deze iets te laten doen wat ons goed van pas komt. Ook zijn erbepaalde aardse bacterriën, die het verrassend genoeg wel eens beter op Mars zouden kunnen doen dan op aarde. De reden: vele miljarden jaren geleden leek de atmosfer van de aarde meer op die van Mars dan nu. Veel soorten cyanobacteriën en archaeae pasten zich aan, andere soorten trokken zich terug in zuurstofloze milieus. Eén van deze laatste soorten is de cyanobacterie Anabaena. Deze bacterie is in staat beide gassen, uiteraard in combinatie met water en met energie geleverd door zonlicht, te verwerken tot suikers en aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. Wel moet deze bacterie beschermd worden tegen de dodelijek UV-straling (een glasplaat volstaat) en van warmte worden voorzien, aldus Rothschild. Andere bacteriën kunnen vervolgens leven van deze suikers. Het toevoegen van enkele E. coli genen (bekend van onder meer de EHEC-besmetting), die gecombineerd een biochemische fabriek vormen, laten Anabaena meer energie als suiker uitscheiden, zo bleek tijdens een synthetische biologiewedstrijd in 2011, de International Genetically Engineered Machines (iGEM). Deze bacteriën zuden zaken als biobrandstof of olie voor de astronauten kunnen fabriceren.
Bio-cement
Het team, geadviseerd door NASA, heeft ook geëxperimenteerd met de bacterie Sporosarcina pasteurii. Deze vormt uit ureum, een belangrijk bestanddeel van urine, ammonium. Bij dit proces worden twee H+-ionen weggevangen. Hierdoor stijgt de pH waardoor zich carbonaten vormen, onderdeel van cement. Ook kunnen bacteriën de afvalstoffen van de astronauten afbreken, waardoor weer het Martiaanse stof aaneen koekt en een soort bakstenen gaat vormen. Het team is er al in geslaagd om in E. coli deze eigenschap in te laten bouwen, zodat deze bacterie ook biocement kan maken. Bij praktijkproeven bleek het cement zo hard als beton.
Ethische bezwaren
Het grote voordeel van bacteriën naar Mars transporteren is de enorme gewichtsbesparing die het oplevert. Als de bouwmaterialen alle van de aarde meegenomen zouden moeten worden, dan zou dat enorm veel extra gewicht met zich meebrengen, dus de verdere nuttige lading ernstig beperken. Bacteriën vormen als het ware gereedschap dat zichzelf vermenigvuldigt, dus zouden enorm veel gewicht besparen. Wel is er een ethisch probleem. Het is verre van zeker of Mars niet nu al leven bevat. Als aardse bacteriën op een planeet als Mars terecht komen, zouden ze het bestaande leven kunnen uitroeien. We hebben echter de nodige tijd om over dit dilemma na te denken, want volgens het team-Rothschild zal het nog decennia duren voor de bacteriën gebruikt zullen worden op buitenaardse werelden.
In eerste instantie zullen de bacteriën worden ‘uitgetest’ bij een robotmissie. Als biologische systemen zijn bacteriën namelijk per definitie onvoorspelbaar. He is niet verstandig het leven van astronauten af te laten hangen van bacteriën als hun gedrag onder bijvoorbeeld Martiaanse omstandigheden niet van te voren grondig gecheckt is.
Lees meer
NASA
Dat robots in de toekomst het harde en vuile werk voor ons zullen opknappen is een feit zowel hier op aarde als op mars.Synthetische biologie reken ik ook onder robots.
Maar voor we mars gaan bombarderen met van alles en nog wat zou ik graag hebben dat ze eerst uitgebreide ondergrondse studies gaan doen.Ze zouden namelijk eens verrassende zaken daar kunnen vinden.Van ondergrondse meren tot grottencomplexen met aangepast leven.
Aangezien de levende natuur zelf al constant muteert, en brokstukken van leven transporteerde door het hele universum, ongeacht onze ethiek, zie ik geen ethische bezwaren om dat zelf te doen als mensheid. We hebben echter gelukkig wel het gekozen ethisch morele plichtsbesef, om rekening te houden met de omstandigheden van eventuele levensvormen elders.
Rothschild ? Misschien wil ze alvast bankgebouwen op Mars realiseren.
Dan moet ik daar voor mijn nageslacht maar direkt een rekening openen, je weet het maar nooit. :-D .Mvg, Paul.
Nee neeee, niet bij die Rothschild`s !
Mooi en hoopvol artikel! Top!
En ook zo prettig om het enthousiaste commentaar te lezen. :)
Modelorganismen zijn vaak uitgekozen omdat ze specifieke eigenschappen hebben die het bestuderen van de erfelijkheid gemakkelijk maken, zoals een korte levenscyclus en snel opeenvolgende generaties. In sommige gevallen is een bepaald organisme uitgekozen omdat het een overeenkomstige eigenschap heeft met de mens. Een voorbeeld is de huiscavia (Cavia porcellus) , die net als de mens van zichzelf geen vitamine C aanmaakt. In andere gevallen is een organisme interessant omdat het eenzelfde gen heeft als de mens, een zogenaamd ortholoog gen. De fruitvlieg Drosophila melanogaster was een van de eerste modelorganismen, omdat deze vlieg relatief makkelijk te houden is en vanwege de snelle opeenvolging van generaties. Een plant die vaak gebruikt is in genetisch onderzoek is de zandraket (Arabidopsis thaliana) . Bij de schimmels is bakkersgist (Saccharomyces cerevisiae) een modelorganisme. De bacterie Escherichia coli wordt veel gebruikt om erfelijkheid onder bacteriën te onderzoeken.
‘Ammoniak!… ammoniak!’, kreunt het buitenaardse wezen dat zich door de woestijn sleept. Robert Grossman tekende het tafereel in 1962 in een cartoon voor The New Yorker Â- en de grap is dat water misschien wel helemaal niet de enige levensbrengende vloeistof in het heelal is. Al zal natuurlijke iedere natuurkundeleraar je vertellen dat een dergelijk idee onzin is.Alle levende organismen die wij kennen, van bacteriën tot mensen, moeten het hebben van twee elementaire chemische ingrediënten: koolstof en water. Toch is de discussie over buitenaardse wezens die van bizarre, totaal andere chemische samenstellingen afhankelijk zijn nog lang niet gesloten. 45 Jaar na Grossmans dagdroom kunnen we nog steeds niet de mogelijkheid verwerpen dat er ergens in het heelal de een of andere vreemde levensvorm hunkert naar een slok verfrissende ammoniak of methaan. Nieuw onderzoek werpt zelfs de mogelijkheid op dat in de juiste omgeving wel eens leven zou kunnen ontstaan uit een verzameling chemicaliën die totaal afwijkt van wat we hier op aarde gewend zijn. En dat zou er op zijn beurt toe kunnen leiden dat we onze ideeën over hoe en waar we moeten zoeken naar buitenaards leven grondig zullen moeten herzien. En en passant helpt dergelijk onderzoek ons het ontstaan van het leven hier op aarde beter te begrijpen.