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]
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
- Taro Maeda et al, Chloroplast acquisition without the gene transfer in kleptoplastic sea slugs, Plakobranchus ocellatus, eLife (2021). DOI: 10.7554/eLife.60176
- 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)