biologie

Chloroplasten laten dierlijke cellen nu fotosynthese verrichten

Chloroplasten veranderen dierlijke cellen in een zelfvoorzienende cel. Een groene koe die alleen water hoeft te drinken, en een enorm blad achter zich aan sleept? Het is nu mogelijk, althans, in theorie. In de praktijk zal het vooral interessant zijn voor dingen als labvlees.

Wat zijn chloroplasten?

Elke groene plant beschikt in de cel over chloroplasten. Dat zijn kleine organellen (celorgaantjes), die lichtdeeltjes opvangen in kluitjes chlorofyl, en de energie hieruit gebruiken om water te splitsen in waterstof en zuurstof en hier met behulp van kooldioxide de eenvoudigste suiker glucose van te maken. In een ver verleden, meer dan een miljard jaar geleden, slokte bij een zeer zeldzame gebeurtenis een dierlijke cel een cyanobacterie op. Anders dan gewoonlijk, betekende dat niet een einde aan de cyanobacterie, maar vormde zich een symbiose. In de loop van honderden miljoenen jaren kwam steeds meer van het DNA van de cyanobacterie in de celkern terecht, Op dit moment beschikken chloroplasten nog maar over 1 miljoen baseparen aan DNA. De rest bevindt zich in de celkern.

Ter vergelijking; de gemiddelde cyanobacterie heeft er bijna tien keer zo veel. Toch zijn chloroplasten nog behoorlijk zelfstandig, zo delen ze zich zelfstandig en hebben bijvoorbeeld ook hun eigen ribosomen. De zeeslak Plakobranchus ocellatus en de verwante soort Elysia chlorotica (hier afgebeeld) rooft chloroplasten van algen en gebruikt ze zelf voor fotosynthese. Omdat het dier maar weinig energie verbruikt, kan de slak zo zeker een half jaar overleven en is dit evolutionair gezien erg aantrekkelijk voor het dier.

Onderzoek in 2021 probeerde te achterhalen, hoe de slak dit huzarenstukje voor elkaar kreeg. Want chloroplasten houden het gewoonlijk niet heel lang vol in een dierlijke cel en de enige reden dat ze het in een plantencel wel prima doen, is dat het ontbrekende DNA in de celkern van de plant zit. Dit onderzoek toonde slechts aan dat er geen chloroplastisch DNA in de celkern van slakkencellen zit, en dat de slak waarschijnlijk op en andere manier de chloroplasten in leven houdt. [1]

De zeeslak Elysia chlorotica rooft chloroplasten van een plant en gebruikt ze zelf voor fotosynthese. Bron: aangepast door auteur

Chloroplast in dierlijke cel

Als rasechte apensoort is de mens dol op na-apen. Verder zijn we opmerkelijk lui. Geen wonder dat deze slakken onderzoekers al sinds de jaren zeventig inspireren om ditzelfde kunstje ook uit te voeren. Want vee dat je niet meer hoeft te voeren om in een weiland rond hoeft te laten lopen, wie wil dat nu niet? Helaas, tot voor kort zonder veel succes. Want dierlijke cellen zien chloroplasten als indringers, waarmee snel wordt afgerekend. Een groep Japanse onderzoekers is nu toch gelukt wat tot nu toe onhaalbaar leek: chloroplasten in warmbloedige dierlijke cellen laten overleven op lichaamstemperatuur. Hun geheim: de cellen de chloroplasten laten “eten”, waardoor deze niet meer als indringers meer worden gezien.

De resultaten waren opmerkelijk. De dierlijke cellen tolereerden niet alleen de chloroplasten, maar groeiden ook sneller. Dit lijkt er op te wijzen, dat de chloroplasten extra energie leveren, en dat het principe van fotosynthese als energiebron voor dierlijke cellen kan werken. Lead onderzoeker Matsunaga van de universiteit van Tokio ontdekte ook dat de cellen een verhoogde groeisnelheid hadden[2]. Dit suggereert dat de chloroplasten een extra energiebron leverden.

Matsunaga ziet twee belangrijke toepassingen. Een probleem bij donortransplantaties is dat het bloedvatenstelsel van de acceptor moet aansluiten op dat van het donororgaan. Vooral in de eerste dagen en weken is de zuurstofvoorziening in het donorweefsel daarom een probleem. Deze doorbraak kan leiden tot verbeteringen in medische toepassingen: omdat het weefsel zijn eigen zuurstof produceert, is er enkele weken de tijd waarin de bloedvaten zich kunnen ontwikkelen. Een tweede toepassing is de productie van kweekvlees, ook hier vooral door het verbeteren van de zuurstoftoevoer naar dicht opeengepakte cellen. Dit zou het onnodig maken om zich bloedvatenweefsel in kweekvlees te laten ontwikkelen. Waarschijnlijk zullen consumenten wel moeten wennen aan de groene kleur.

Bronnen

  1. Taro Maeda et al, Chloroplast acquisition without the gene transfer in kleptoplastic sea slugs, Plakobranchus ocellatus, eLife (2021). DOI: 10.7554/eLife.60176
  2. Sachihiro Matsunaga et al., Incorporation of photosynthetically active algal chloroplasts in cultured mammalian cells towards photosynthesis in animals, https://doi.org/10.2183/pjab.100.035 (2024)

Chloroplasten laten dierlijke cellen nu fotosynthese verrichten Meer lezen »

Antiveroudering beste oplossing voor vergrijzing

Als wij met medicijnen voor antiveroudering ervoor zorgen dat mensen langer gezond kunnen leven, kunnen ze ook langer doorwerken. Het is dan niet nodig om door middel van bijvoorbeeld immigratie nieuwe mensen binnen te halen, die bovendien ook ouder worden en niet de scholing hebben die Nederlanders wel hebben.

De economische voordelen van mensen langer te laten leven

Een mensenleven kent twee belangrijke perioden waarin werken de uitzondering is en niet de regel. Dat is de periode waarin kinderen opgroeien, de jeugd, en de periode waarin mensen door ouderdom of een chronische ziekte niet meer kunnen werken.

De gemiddelde levensduur is sinds het einde van de achttiende eeuw ruwweg verdubbeld. Dit komt voornamelijk door de veel lagere kindersterfte nu. Ongeveer de helft van alle kinderen overleed voordat ze vijf werden. De kindersterfte is sinds die tijd drastisch gedaald tot bijna nul, waardoor de levensverwachting bijna verdubbelde.

Kijken we naar de meest voorkomende sterfteleeftijd dan zien we een minder grote stijging, van rond de 72 jaar rond het einde van de Amerikaanse burgeroorlog (1865), tot tussen de 85 (mannen) en 90 (vrouwen) in 2015.

Het economische gevolg daarvan is dat het percentage inactieven toeneemt. En aangezien we in Nederland een verzorgingsstaat hebben, is het gevolg dat er meer pensioenen uitbetaald moeten worden, en dat er minder mensen zijn die deze ouderen verzorgen.

Maar dat is niet het hele verhaal. Hoe langer mensen leven, hoe langer we plezier kunnen hebben van hun scholing en werkervaring. Zo hoeft vergrijzing geen ramp te zijn. Want het percentage van hun leven waarin mensen actief zijn, ruwweg van begin twintig tot eind zestig, wordt groter. Het probleem is dus niet zozeer vergrijzing. Het probleem is dat we niet gezond oud worden. Onze healthspan, de tijd dat we zonder chronische ziekten leven, neemt af.

Antiveroudering, life span en health span

Maar een groot deel van de werkenden moet er al eerder het bijltje bij neergooien. De oorzaak hiervan zijn chronische ziekten als hart- en vaatziekten, kanker, longziekten en de gevolgen van diabetes. We zijn er de afgelopen jaren in geslaagd de levensverwachting, de life span, flink toe te laten nemen, maar niet het aantal gezonde jaren, de health span. Deze chronische ziekten zijn in de meeste gevallen, in feite ouderdomsziekten. In 2022 leden 10,4 miljoen mensen, de meerderheid van de bevolking, aan chronische ziekten[1]. Kunnen we de biologische veroudering stilzetten of zelfs terugdraaien, dan geeft dat enorme gezondheidsvoordelen.

antiveroudering
Bron: Paul R. H. J. Timmers, James F. Wilson, Peter K. Joshi & Joris Deelen – https://www.nature.com/articles/s41467-020-17312-3#Fig1, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=93293822

BV Nederland

We leven in een vrije-markteconomie, althans, dat zegt de theorie. De praktijk is in feite anders. Bij hoger inkomens gaat rond de helft van hun bruto loon naar de fiscus. Bij lagere inkomens rond het minimumloon bestaat een aanzienlijk deel van hun inkomen uit subsidies, zoals de huurtoeslag en zorgtoeslag. Rond het minimumloon is dat toch al gauw rond een kwart van het netto-inkomen. We kunnen dus concluderen, dat de staat een enorme vinger in de economische pap heeft. Rond de helft van ons BNP loopt via de staat. We kunnen dus spreken van een BV Nederland. Het is daarmee in het belang van de staat, dat we zorgvuldig omspringen met deze assets. Vandaar de inspanningen om het roken, wat een verwoestende invloed heeft op de health span, terug te dringen. Helaas is dit allemaal niet even succesvol. Maar er is een andere weg.

Inzetten op antiveroudering

Er wordt steeds meer duidelijk over welke processen verantwoordelijk zijn voor veroudering en welke medicijnen een antiveroudering effect hebben. Het veel voorgeschreven diabetesmedicijn metformine, bijvoorbeeld, is nu in klinisch onderzoek voor antiveroudering. Als preventieve medicijnen om veroudering te remmen in het basispakket komen, is de gezondheidswinst enorm, blijven mensen langer gezond en kunnen ze langer doorwerken. We p[raten dan over miljoenen mensen minder met chronische aandoeningen en veel minder arbeidsuitval. Als we ook het energiepeil van ouderen omhoog kunnen brengen, hebben we de gouden combinatie van jeugdige energie en de vakkennis en ervaring van ouderen. Vergrijzing zou dan ophouden een groot probleem te zijn.

Bronnen

  1. Chronische aandoeningen en multimorbiditeit | Leeftijd en geslacht | Chronische aandoeningen | Volksgezondheid en Zorg
  2. Paul R. H. J. Timmers, James F. Wilson, Peter K. Joshi & Joris Deelen – https://www.nature.com/articles/s41467-020-17312-3#Fig1, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=93293822

Antiveroudering beste oplossing voor vergrijzing Meer lezen »

Cognify wil criminelen herprogrammeren

Het klinkt als het ei van Columbus. Criminelen zijn crimineel, geloven aanhangers van de humanistische psychologie, omdat ze op een verkeerde manier denken. Wat, als we met behulp van kunstmatige intelligentie, criminelen herprogrammeren?

Wat houdt het herprogrammeren van criminelen met Cognify in?

Volgens het hierboven embedded Youtube filmpje (via deze link rechtstreeks te bekijken) zal Cognify in staat zijn om hersendelen aan te sturen en hier “valse” herinneringen in te implanteren. Hierdoor maakt de crimineel bijvoorbeeld mee wat het slachtoffer heeft meegemaakt door zijn criminele daad. Zo, aldus de theorie van de bedenker Hashem al-Ghaili uit Jemen, gaat deze nadenken en zal deze, aldus de nogal optimistische bedenker, deze tot inkeer komen en zijn leven beteren. Gevangenisstraf is dan niet meer nodig, wat veel geld scheelt. Ook wordt het recidivepercentage minder.

Criminelen herprogrammeren met Cognify in 2024 nog niet mogelijk

Cognify is op dit moment alleen nog in de conceptfase. We zijn op dit moment nog niet in staat om rechtstreeks met miljoenen neuronen tegelijk te communiceren, anders dan via ogen, oren en andere zintuigen. Bang te zijn dat u na een verkeersovertreding of een uit de hand gelopen burenruzie, deze behandeling moet ondergaan hoeft u voorlopig dus nog niet.

Onderzoekers zijn er wel in geslaagd om, met de medewerking van de proefpersoon. dromen in beeld te brengen. Als de hersengolven die bij een bepaald mentaal beeld horen overeenstemmen met die tijdens de REM-slaap, weten de onderzoekers hierdoor dat de proefpersoon daar over droomt. Dit werkt ook alleen bij deze proefpersoon en niet bij anderen, omdat bij iedereen de hersengolven die horen bij een bepaald mentaal beeld, uniek zijn.

De eerstkomende tijd is Cognify niet veel meer dan een gelikt filmpje uit het domein van science-fiction, en dat is waarschijnlijk maar goed ook. Want waar de gemiddelde psychopaat weinig gevoelig is voor dingen als medeleven, is deze dystopische toekomstige uitvinding wel erg nuttig voor een andere doelgroep: totalitaire staten als Noord-Korea, China of Iran, geheime diensten of sektes.

Thought crimes

Dit idee is niet nieuw. In het boek 1984 van George Orwell wordt een apparaat beschreven, waarmee hoofdpersoon Winston wordt geherprogrammeerd door de Partij van Airstrip One. Ongeveer wat in dit concept beschreven wordt. Al-Ghaili, die afkomstig is uit een land dat verwoest is door een aantal uitermate enge sektes als de Houthi’s en Al Qaida, is vanzelfsprekend dringend op zoek naar een oplossing voor deze ‘misdenk’. Toch is dit juist een zeer geschikte methode voor regimes om kadaverdiscipline te kweken bij volgelingen. Waarschijnlijk zullen bepaalde onsympathieke heren in Teheran en Pyongyang met meer dan gemiddelde interesse hier naar kijken….

Cognify wil criminelen herprogrammeren Meer lezen »

Zetmeel uit CO2 bereid, hogere efficiëntie dan planten

Een groep Chinese onderzoekers is er in geslaagd met behulp van een chemisch proces, zetmeel uit CO2 te bereiden. Dit met 3,5 maal minder energie dan planten er voor nodig hebben. De oplossing voor het wereldvoedseltekort?

Zetmeel uit CO2, zonder planten

Planten gebruiken fotosynthese om glucose te maken uit CO2 en water. Glucose is een ring van vijf koolstofatomen en een zuurstofatoom, waaromheen zich zes waterstofatomen bevinden. Glucose is de bouwsteen voor alle koolhydraten. En de uitgangsstof voor alle andere door planten geproduceerde eiwitten, vetten en koolhydraten. Zetmeel is een polymeer van glucose.

Vergeleken met zonnepanelen zijn planten niet zo efficiënt. Onze beste (CSP; zeer dure) zonnepanelen halen rond de 41 procent, de beste zonnepanelen voor bijvoorbeeld op daken bereiken 21 procent. Ter vergelijking: planten halen drie tot maximaal 6 procent. Wat op zich heel behoorlijk is, als je bedenkt dat planten met meer dan de helft van het licht, zoals groen licht, niets kunnen doen.

In drie stappen zetmeel uit CO2

Wat moet je, als je met 1,2 miljard mensen in een land woont, waar voortdurend hongersnood op de loer ligt en enorme hoeveelheden voedsel moeten worden ingevoerd? Dan verzin je een list. Althans dat moet de opdrachtgever van microbioloog Yanhe Ma van het biotechnische instituut van Tianjin gedacht hebben, toen hij Ma en zijn team zich liet wierpen op de geheimen van de fotosynthese.

Zetmeel uit CO2
Maakt kunstmatige zetmeel uit CO2 aardappels overbodig? Bron: auteur

De route die Ma en zijn team volgden is een andere dan die van planten. De eerste stap is het omzetten van kooldioxide (CO2) in methanol (CH3OH). Hiervoor is een hoge druk, een hoge temperatuur en waterstofgas nodig. En een katalysator, in dit geval een gebaseerd op de metalen zink en zirkonium.

Glucose heeft veel weg van zes methanolmoleculen, in een soort ring aan elkaar geplakt. Het team van Ma slaagde er in met behulp van kunstmatige enzymen in, dit in twee stappen voor elkaar te krijgen. De eerste stap is van methanol naar een driewaardige alcohol, in de tweede stap wordt dit glucose.

In de derde stap plakken de glucosemoleculen aan elkaar als zetmeel. Om dit voor elkaar te krijgen, experimenteerde het team eerst met natuurlijke enzymen. Kunstmatige bleken echter sneller te werken, en de bottlenecks op te heffen.

Nog experimentele fase

Het zal nog even duren voor je pak maïzena uit de fabriek komt. Wel levert dit een welkome bron voor organische verbindingen. Op dit moment komen die vooral uit aardolie en andere petrochemische bronnen, of uit de landbouw. En dat het alom gevreesde broeikasgas CO2 in iets nuttigs wordt omgezet, zal ook veel mensen aanspreken.

Bron

Yanhe Ma et al., Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide, Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abh4049

Zetmeel uit CO2 bereid, hogere efficiëntie dan planten Meer lezen »

oondergronds leven op Mars

“Ondergronds leven op Mars overleeft op radioactiviteit”

Al meer dan drie miljard jaar is Mars een dode planeet. Maar daarvoor was Mars bedekt met ondiepe zeeën en had de planeet een atmosfeer. Zou ondergronds leven op Mars overleven op radioactiviteit?

Op dit moment is Mars een dorre, droge planeet. Een plek waar heel misschien Antarctisch korstmos het met hangen en wurgen vol zou kunnen houden, verder bijna geen enkele levensvorm.

Maar we zien natuurlijk alleen de dode oppervlakte van Mars. Van onze eigen planeet, de aarde, weten we dat tot vele kilometers diepte nog bacteriën leven. Deze rotsbacteriën leven van kleine beetjes waterstof en andere stoffen zoals sulfaten, die vrijkomen uit de rots als gevolg van radioactieve processen.

Waarschijnlijk zijn de omstandigheden binnen in de planeet zelf stuk beter voor leven dan aan de dorre oppervlakte van Mars. Dus misschien zoeken we wel op de verkeerde plek, en vinden we ondergronds leven op Mars diep onder de oppervlakte.

ondergronds leven op Mars
De nu dorre Jezerokrater, waar de Marsrover Perseverance nu rondrijdt, zag er 3 miljard jaar geleden ongeveer zo uit: een ondiep meer, waar een rivier in- en uitstroomde. – NASA

Kleine, hete kern

Mars is nog steeds niet een compleet afgekoelde dode klomp. Begin dit jaar traden Marsbevingen op, alle in het gesteente onder de regio Cerberus Fossae. Dat gaf NASA, en de Zwitserse universiteit waarmee de organisatie samenwerkt, de mogelijkheid om een soort echo te krijgen van Mars.

Al eerder hebben op deze manier geologen de structuur van het binnenste van de aarde en van de Maan opgehelderd.

Daarom weten we nu dat er in het binnenste van Mars ken van vloeibaar metaal zit, van bijna 2000 km diameter. Dat is best zo groot, als je bedenkt dat Mars zelf maar 6000 km in doorsnede is.

En, belangrijk voor leven, is het dus best wel warm in het binnenste van Mars. Daar komt waarschijnlijk vloeibaar water voor, en vormt daarmee een plek waar ondergronds leven op Mars, zoals bacteriën in theorie zou kunnen overleven.

Uitwisseling van leven tussen de aarde en Mars

We weten niet of dit klopt, maar het zou niet onlogisch zijn als deze bacteriën ook op Mars voorkomen. De oudste sporen van leven op aarde, die zijn aangetroffen in de Groenlandse Isua rots, zijn bijna 4 miljard jaar oud. Met andere woorden er is een venster van bijna 1 miljard jaar geweest waarin zowel op aarde als op Mars leven mogelijk was, op aarde leven bestond. 4 miljard jaar geleden kwam ook het magnetische veld op Mars tot een einde. Vanaf dat moment was het leven op de planeet gedoemd.

In principe kan leven en weer reizen tussen planeten door asteroïdeninslagen. Zoals tijdens het Late Heavy Bombardment, ongeveer 3,8 miljard jaar geleden op aarde. Waarschijnlijk zijn door deze zware inslagen allerlei brokstukken van de aarde losgerukt en op Mars terechtgekomen. En, mogelijk, is het leven vanaf Mars op de aarde terecht gekomen.

ondergronds leven op Mars

Uit berekeningen van NASA volgt, dat de atmosfeer ooit even dik als die van de aarde was, maar in de loop van miljarden jaren 99% van zijn gassen heeft verloren.

Hoe vinden we ondergronds leven op Mars?

Het leven op Mars, als het al bestaat, heeft het nu zwaar. maar diep onder de grond zijn misschien plekken waar nog steeds een combinatie van vulkanische warmte en grondwater, het voor leven mogelijk maakte om voort te blijven bestaan. De meest kansrijke plekken zijn dus waar zowel sporen van vulkanische activiteit bestaan, als van grondwater. Vooral interessant is natuurlijk de plek waar de aardbeving zich voordeed, namelijk Cerberus Fossae. Cerberus Fossae is een bergachtig gebied dat vlak bij de evenaar ligt. De laatste actieve vulkaanuitbarsting deed zich daar maar 54 000 jaar geleden voor. [2] Cerberus Fossae lijkt hiermee de meest logische plaats om te onderzoeken op sporen van ondergronds leven op Mars.

Bronnen

1. J.D. Tamas et al., Earth-like Habitable Environments in the Subsurface of Mars, Astrobiology, 2021 Paywall versie (helaas geen openbare versie beschikbaar)
2. David G. Horvath et al., Evidence for geologically recent explosive volcanism in Elysium Planitia, Mars, Icarus, Volume 365, 1 September 2021, 114499. Paywall versie hier, ArXiv gratis versie hier

“Ondergronds leven op Mars overleeft op radioactiviteit” Meer lezen »

Chip implanteren met injectiespuit nu mogelijk

Aanhangers van complottheorieën geloven dat een vaccinatie, een chip implanteren betekent. Nu is dat ook daadwerkelijk technisch mogelijk. Met een domme chip. Nog wel.

Chip implanteren wordt steeds makkelijker

Met de nieuwste EUV-machines van ASML is het nu mogelijk om microtransistoren met een diameter van 3 nanometer te ontwerpen. Ter vergelijking: een atoom is circa 0,032 (helium) tot 0,265 (cesium) nanometer in diameter. De atomen in de schakeling zijn gemiddeld rond de 100 nm groot. Dit betekent, dat structuren nog maar enkele tientallen atomen breed zijn, en dat er een volwaardig (Turing-compleet) computertje op zeer kleine oppervlaktes kan worden gerealiseerd.

In microscopische computers uit werk van de universiteit van Michigan uit 2018, zijn de transistoren nog relatief groot, rond de 50 nm. In principe zouden deze computertjes dus nog tien maal zo klein in diameter kunnen worden. En hiermee erg gemakkelijk om te implanteren. Het zendbereik ligt rond de 15 cm. [1] Dat is wat weinig voor communicatie met de sinistere 5G-masten van de Illuminati (of een andere groep engerds), maar mogelijk zou je het zendbereik kunnen opvoeren door een antenne toe te voegen.

Injecteerbare chip

In deze nieuwe, nog kleinere en daardoor injecteerbare chips van 2021 lijkt de grootte inderdaad nog verder te zijn teruggebracht. Columbia University bereikte minder dan ongeveer 0,2 mm. [2] Hiermee zijn deze chips ongeveer zo groot als een menselijke eicel, of grote eencellige. Voorlopig is er nog geen reden tot ongerustheid. Althans: met deze chips niet. De chips zijn namelijk “dom”. Ze bevatten alleen ‘klassieke’ elektronica, geen computer. De temperatuurmetingen worden door een passief elektronisch circuit omgezet in ultrageluid[2].

Chip implanteren met een hypodermische injectienaald.
Chip implanteren met een hypodermische injectienaald. Bron: engineering.columbia.edu, persberichten

Geluid in plaats van radiogolven

Deze chips zijn zo klein, dat ze geen radiogolven meer kunnen produceren, althans niet op de gebruikelijke manier met een zendantenne. Vandaar dat de onderzoekers gebruik hebben gemaakt van pulsen ultrageluid voor communicatie en om het apparaatje van energie te voorzien. [2] De chip is ontwikkeld om nauwkeurige metingen te kunnen uitvoeren van de temperatuur in kankergezwellen. Tumoren springen namelijk nogal verkwistend met voedingsstoffen om en zijn erg actief. Daarom zijn ze doorgaans wat warmer dan gezond weefsel. Het toestelletje is, met een andere sensor en elektronica, ook geschikt voor andere metingen, bijvoorbeeld pH en druk. [3]

Bronnen

1. A 0.04mm316nW Wireless and Batteryless Sensor System with Integrated Cortex-M0+ Processor and Optical Communication for Cellular Temperature Measurement, symposium VSLI Circuits, 2018
2. Chen Shi et al., Application of a sub–0.1-mm3 implantable mote for in vivo real-time wireless temperature sensing, Science Advances  07 May 2021: Vol. 7, no. 19, eabf6312, DOI: 10.1126/sciadv.abf6312
3. Universiteit van Columbia, persbericht

Chip implanteren met injectiespuit nu mogelijk Meer lezen »

Radiotrofie: radiotrofe schimmels ‘eten’ straling

Een in de reactor van Tsjernobyl aangetroffen schimmel doet aan radiotrofie. Deze blijkt zich te goed te doen aan gevaarlijke radioactieve straling.

Onderzoekers waagden zich met een op afstand bestuurbare robot een kleine tien jaar later, in 1991, in de ontplofte reactor van Tsjernobyl. Ze troffen iets merkwaardigs aan. Een zwarte schimmel bedekte de koelbassins. De onderzoekers namen monsters van de schimmels en kweekten verder. [1] Ze troffen iets verbazingwekkends aan. Ook in hun proefopstellingen, waar de schimmels werden blootgesteld aan radioactiviteit, bleek dit hun groei niet te belemmeren, maar juist flink te bevorderen. Klaarblijkelijk voelden de schimmels zich erg lekker onder de gevaarlijke straling. En gebruikten deze mogelijk als energiebron. Zoals planten zonlicht gebruiken. Radiotrofie, werd de naam voor dit nieuwe, nog onbekende verschijnsel.

Cryptococcus neoformans is mogelijk een voorbeeld van radiotrofie.
Cryptococcus neoformans is mogelijk een voorbeeld van radiotrofie. Bron: Wikimedia Commons

Wat is radiotrofie?

Radioactiviteit is dodelijk, zo leren we op school. Met de ‘radium girls’ die het nieuwe lichtgevende wondermateriaal op wijzerplaten schilderden, liep het slecht af. Maar dit geldt niet voor alle wezens. Er bestaan schimmels, die juist prima gedijen op straling. Zoals snelle elektronen, maar ook andere straling. Planten leven alleen op zonlicht. Hiervan gebruiken ze blauw en rood licht, de zogenoemde fotosynthetisch actieve straling of PAR. Dit is ongeveer de helft van alle zonnestraling. Groen is voor planten een onbruikbare golflengte. Dat verklaart waarom planten meestal groen zijn.

Maar radiotrofe organismen gebruiken, denken we, een simpel, robuust systeem. Hun geheim: de zwarte kleurstof melanine die ook in gekleurde huid voorkomt. Ioniserende radioactieve straling rukt melanine uit elkaar, of verandert de configuratie van hun elektronen. Bij het proces waar deze moleculen weer herstellen, komt NADH vrij dat de schimmel als energiebron voor de stofwisseling gebruikt. Simpel, weinig efficiënt, maar wel erg robuust. Zo kunnen ze veel meer verschillende, en ook veel gevaarlijker, soorten straling aan dan planten. Daarom is melanine ook zwart. Het absorbeert echt alle licht.

Het maakt deze schimmels taaie overlevers, die het zelfs in aan straling blootgestelde delen van ruimteschepen uithouden. Ze vragen niet veel. Water, een koolstofbron, temperaturen waarbij vloeibaar water voorkomt. En veel straling, dus. Sommige van deze soorten maken ziek. Hier is hun taaiheid juist een probleem.

Nieuwe domeinen voor radiotrofisch leven

Het laat ook zien dat het leven veel taaier is dan veel mensen zich realiseren. En dat ook omgevingen die te gevaarlijk zijn voor ons, wel eens een paradijs kunnen zijn voor andere levensvormen. Zoals radiotrofe schimmels. Er komen in het heelal plekken voor die erg rijk zijn aan radioactieve straling. Zoals in een planetenstelsel dat zich vormt na een supernova. Of planeten, zoals de vroege aarde, waar het restant van een ontplofte ster, een regen van radioactief materiaal in de biosfeer dumpte.

Of denk aan de manen van Jupiter. Het zeer actieve magnetische veld van Jupiter bombardeert de oppervlakte van de grote ijsmanen Ganymedes, Callisto en Europa voortdurend met ionen. Voor ons is dit dodelijk. Maar een schimmel als Crytococcus neoformans of Wangiella dermatitidis, die dan natuurlijk wel aangepast moet zijn aan de barre omstandigheden en lage temperaturen van deze ijsmanen, ‘denkt’ daar waarschijnlijk anders over. Wellicht bestaan er radioactieve planeten[2], zwervend door het heelal, waarvan de bewoners nooit een zon hebben gezien. En dieren zich voeden met radiotrofe schimmels in plaats van met planten.

Bronnen

  1. E. Dadachova en A. Casadevall, Ionizing Radiation: how fungi cope, adapt, and exploit with the help of melanin, Curr Opin Microbiol, 2008, DOI 10.1016/j.mib.2008.09.013
  2. Katherine Kornei, No star, no problem: Radioactivity could make otherwise frozen planets habitable, Science Magazine, 2020, DOI: 10.1126/science.abc0189

Radiotrofie: radiotrofe schimmels ‘eten’ straling Meer lezen »

Physarum polycephalum slijmzwam onthoudt zonder hersens

De eencellige slijmzwam Physarum polycephalum, kan de route naar voedsel onthouden binnen zijn enkele reuzencel. En dat, zonder een brein. Dat blijkt uit een nieuwe studie van de technische universiteit München en het eveneens Duitse Max-Planck Instituut voor Dynamica en Zelforganisatie.

Al tientallen jaren breken geleerden zich het hoofd over deze slimme reuzencel. De enkele cel, die veel weg heeft van een amoebe, kan namelijk de kortste route naar voedsel in een doolhof onthouden. De Physarum polycephalum-cel bevat een groot netwerk van dikkere en dunnere buisjes die met elkaar verbonden zijn. Deze buisjes, zo weten onderzoekers al langer, verbinden zich voortdurend op steeds andere plaatsen met elkaar. Waarom? Dat is nu ontdekt. Naar uit het onderzoek blijkt, vormen deze buisjes een soort geheugen. Letterlijk, een neuraal netwerk zonder neuronen. De onderzoekers ontdekten dat in dit netwerk, de route naar voedsel werd opgeslagen.

Physarum polycephalum slijmzwam “denkt” via primitief netwerk

De onderzoekers namen onder de microscoop waar, hoe het organisme het netwerk continue aanpaste. En bestudeerden dit in combinatie met een theoretisch model. Wanneer de cel een voedselbron tegenkomt, komt er een stofje vrij dat vanaf de plek waar het voedsel werd aangetroffen, naar het netwerk reist en de buizen zachter en wijder maakt. Hierdoor beweegt het hele organisme zich in de richting van de voedselbron.

Physarum polycephalum slijmzwam. Deze eencellige slijmzwam kan de weg leren vinden in een doolhof.

Het netwerk “onthoudt” waar eerdere voedselbronnen lagen – immers, daar zijn de buisjes dikker en wijder. Op die plekken verspreidt de signaalstof zich extra snel, ze vormen een soort “snelweg”. Zo helpen eerdere ontmoetingen met voedsel de cel beslissen, welke kant deze op gaat.

Ook groepen cellen van slijmzwammen blijken in staat om bepaalde lastige puzzels op te lossen, zoals de meest efficiënte manier om wegen tussen steden aan te leggen.

Deze ontdekking is boeiend, omdat dus “hogere” denkprocessen zelfs in eencelligen, met eenvoudige systemen, uitgevoerd kunnen worden. Zouden zich op den duur eencelligen met nog hogere denkprocessen, of zelfs een bewustzijn kunnen ontwikkelen? De onderzoekers denken meer aan directe toepassingen, zoals in robots.


Bron:

  1. Mirna Kramar, Karen Alim. Encoding memory in tube diameter hierarchy of living flow network. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; 118 (10): e2007815118 DOI: 10.1073/pnas.2007815118

Physarum polycephalum slijmzwam onthoudt zonder hersens Meer lezen »

Voedselgewas uit wilde plant in recordtijd, met CRISPR

Een Chinees team slaagde er in om iets wat anders eeuwen van kweken kost, in een enkele stap voor elkaar te krijgen. Een grote soort wilde rijst wordt in een handomdraai een voedselgewas, compact en eetbaar. Ze gebruikten genoom sequencing en -bewerking als snelle manier om planten te ’temmen’.

Oryza alta

Daardoor kon een wilde rijstsoort snel in een rijk voedselgewas worden omgezet. De meest gekweekte rijst (Oryza sativa) heeft in de meeste cellen twee kopieën van het genoom, maar sommige van zijn wilde verwanten hebben er vier. Dit kenmerk, tetraploïdie, is een kenmerk dat in verband wordt gebracht met krachtige en winterharde planten.

Om te profiteren van die genetische rijkdom, ontwikkelden Jiayang Li en zijn collega’s een manier om precieze veranderingen aan te brengen in het genoom van een wilde rijstsoort, Oryza alta. Oryza alta is een Zuid-Amerikaanse rijstsoort die tot vier meter hoog kan worden. Het is ook een overblijvende plant. De meeste soorten rijst leven maar een jaar.

Een nieuw voedselgewas. De twee meest linkse soorten, Oryza sativa en (beperkt) Oryza glaberrima, leveren alle gekweekte rijst. Chinese onderzoekers slaagden er in om de wilde soort Oryza alta (de enorme plant in het midden) te temmen tot de derde gekweekte rijstsoort, met één enkele reeks CRISPR edits van het genoom.
Een nieuw voedselgewas. De twee meest linkse soorten, Oryza sativa en (beperkt) Oryza glaberrima, leveren alle gekweekte rijst. Chinese onderzoekers slaagden er in om de wilde soort Oryza alta (de enorme plant in het midden) te temmen tot de derde gekweekte rijstsoort, met één enkele reeks CRISPR edits van het genoom. Bron: Paul L. Sanchez et al.

Voedselgewas door CRISPR

Dergelijke nauwkeurige genoombewerking is in veel planten een uitdagende taak. Het team haalde de genomen van tientallen wilde rijstlijnen, waaronder enkele van O. alta, door een sequencer. Zo vond het team de O. alta versie van 123 genen waarvan bekend is dat ze belangrijk zijn in gekweekte rijst voor landbouwkenmerken. Denk dan aan bijvoorbeeld genen die invloed hebben op opbrengst van korrels en kwaliteit. De auteurs gebruikten daarna op CRISPR gebaseerde techniek om zes van die kenmerken te verbeteren. Dit lukte. En is nu een demonstratie van een snelle methode om wilde rijst geschikter te maken voor de landbouw.

Gevolgen

Op dit moment hangt onze wereld voedsel productie af van slechts enkele soorten, in totaal minder dan vijftig. Door deze nieuwe techniek kunnen we het enorme genetische potentieel in de honderdduizenden overige plantensoorten aftappen, en deze wilde planten omzetten in nieuwe landbouwgewassen. Dat is erg goed nieuws en wel hierom. Ziekteverwekkers zijn vaak gespecialiseerd op één soort. Als we het aantal cultuurgewassen uitbreiden tot duizenden soorten, kunnen ziekten veel minder schade aanrichten.

Ook kunnen we planten voor nieuwe niches ontwikkelen. Neem, bijvoorbeeld de Kerguelenkool. Deze wilde kool groeit erg goed in het barre, koude klimaat van de Kerguelen eilanden waar de plant vandaan komt. Als we deze vit. C rijke kool kunnen temmen, hebben we een groente die hartje winter kan worden gekweekt.

Tot slot kunnen we nieuwe gewassen vinden voor nieuwe doelen. Bijvoorbeeld, een soort voor een grondstof, bedoeld om aardolie mee te vervangen. Of een plant die vezels voor textiel levert.

De Kerguelen kool is erg goed bestand tegen barre klimaten en ook een windbestuiver.
De Kerguelen kool is erg goed bestand tegen barre klimaten en ook een windbestuiver. Een toekomstig voedselgewas? Bron: Wikimedia Commons/B.Navez

Bron:

Hong Yu et al., A route to de novo domestication of wild allotetraploid rice, Cell, 2021, DOI: 10.1016/j.cell.2021.01.013

Voedselgewas uit wilde plant in recordtijd, met CRISPR Meer lezen »

De bindingsstekels van covid-19 (rood in deze afbeelding) zijn buitengewoon goed in het binden aan receptoren van menselijke cellen. Evolutie of genetische manipulatie? Bron: overheid VS (state.gov)

Coronavirussen: hoge mutatiesnelheid en vaccins

Maak kennis met de coronavirussen. De uitgebreide familie waartoe het virus dat covid-19 veroorzaakt, SARS-CoV-2, behoort.

Daarvan kunnen we veel leren. Bijvoorbeeld, dat immuniteit tegen coronavirussen meestal niet lang duurt. Deze virussen muteren namelijk heel snel. Daarom is het de vraag, of massaal vaccineren lang gaat helpen om covid-19 onder de duim te houden. Want andere coronavirussen die verkoudheid veroorzaken, doorbreken na ongeveer één jaar de immuniteit[1].

En er is nog meer. Daarom hieronder een video, waarin de belangrijkste coronavirussen aan de orde komen.

Coronavirussen

Het coronavirus SARS-CoV-2 is slechts één soort van de grote familie coronavirussen. En coronavirussen komen veel voor. Zelfs dertig procent van alle verkoudheden komt door een coronavirus. En covid is niet eens het gemeenste coronavirus. Bijvoorbeeld: het verwante virus dat SARS veroorzaakt, SARS-CoV, kent een hogere sterfte.

Het ergste coronavirus tot nu toe was MERS-CoV. Maar liefst 35 procent van de besmette mensen gaat eraan dood. Dit was het virus, dat in Saoedi-Arabië en omgeving dood en verderf zaaide. Maar gelukkig bleek MERS vooral de drinkers van urine van kamelen, of hun verzorgers, te treffen. Bovendien, maar weinig mensen doen dat. Maar wel waren er enkele kleine uitbraken in China en Korea.

Laatste tips

Voor onze laatste tips, klik hier. En in het kort. SARS-CoV-2 wordt vrijwel geheel via de lucht verspreid. Mensen kan je het beste buiten ontmoeten. En draag een mondkapje als je mensen ontmoet. Dit, het liefst KN95. Of, van een betere kwaliteit natuurlijk. Mijd, waar mogelijk, ruimtes met veel mensen. Draag bovendien binnen in winkels, en andere ruimtes, altijd een mondkapje. Blijf er ook zo kort mogelijk.

Vitamines

De zwaarste patiënten in de kliniek bleken zeer lage waardes van deze vitamines in hun bloed te hebben. Dus, zorg dat je voldoende (niet teveel!) vit. D en K binnen krijgt. Bijvoorbeeld, door per dag de aanbevolen dosis multi vitamines te slikken.

Belangrijk. Slik de aanbevolen dosis vitamine D en K. Niet meer. Niet minder. Zie verpakking. Deze vet oplosbare vitamines kunnen zich ophopen. Deze te veel slikken leidt tot een overdosis. Je kan ze namelijk niet uitplassen, wat met water oplosbare vitamines (B, C) wel kan.
De op de verpakking aanbevolen dosis (multi) vitamine is veilig.

Als je medicijnen slikt, raadpleeg dan eerst de bijsluiter van deze medicijnen en overleg eerst met je arts of apotheker. Sommige medicijnen, zoals digoxine, werken anders als gevolg van het slikken van vitamines.

Coronavirussen hebben bindingsstekels. De bindingsstekels van covid-19 (rood in deze afbeelding) zijn buitengewoon goed in het binden aan receptoren van menselijke cellen. Bron: overheid Usa (state.gov)
Coronavirussen hebben stekels. De stekels van covid-19 (hier rood) zijn heel goed in het binden aan ACE2 receptoren van cellen van de mens. Bron: overheid Usa (state.gov)

Bron
1. The false promise of herd immunity for COVID-19, Nature, 2020

Coronavirussen: hoge mutatiesnelheid en vaccins Meer lezen »