Biologen laten cellen van een hamster aan fotosynthese doen

Sterre Roosen

07 november 2024 15:00

cellen van een eierstok van een hamster met bladgroenkorrels zodat fotosynthese kan plaatsvinden

Bladgroenkorrels in een cel afkomstig van een hamster, met roze aangegeven. Deze afbeelding is gemaakt met een fluorescentiemicroscoop. Beeld: R. Aoki, Y. Inui, Y. Okabe et al. 2024/ Proceedings of the Japan Academy, Series B.

Japanse wetenschappers slagen er in dierlijke cellen te creëren die gebruik maken van fotosynthese.

Fotosynthese, het proces waarbij organismen licht omzetten in energie, kennen we van planten, algen, en sommige bacteriën. Wetenschappers proberen al decennialang om dit proces na te maken in dierlijke cellen, zonder succes. Maar daar is nu verandering in gekomen, want onderzoekers van de Universiteit van Tokio hebben voor het eerst cellen van een hamster fotosynthese uit laten voeren.

Lees ook:

Lichtenergie

Tijdens fotosynthese zetten planten (en algen) koolstofdioxide en water om in zuurstof en suikers, waar ze energie uit halen. Dit gebeurt met behulp van bladgroenkorrels, kleine groene celonderdelen die lichtenergie van de zon opvangen en omzetten. Dit proces is niet alleen essentieel voor een plant of alg zelf, omdat het de nodige energie oplevert, maar ook voor ander leven op aarde door de zuurstof die het produceert.

Het vermogen om energie uit licht te halen leek lange tijd iets wat voor dieren buiten bereik lag. Het immuunsysteem van dieren maakt normaal gesproken korte metten met door wetenschappers geïnjecteerde bladgroenkorrels, en daarnaast is het binnen dierlijke cellen met een ruime 37 graden Celsius vaak te warm voor de cellulaire energiefabriekjes.

Er bestaan een aantal uitzonderingen in de natuur, zoals de zeeslak en de gevlekte salamander, die beide in staat zijn algen op te nemen in hun lichaam – een fenomeen dat door wetenschappers nog niet wordt begrepen. De slakken en salamanders profiteren van de zuurstof die door de bladgroenkorrels van de algen wordt geproduceerd. Er is geprobeerd dit verschijnsel in een lab na te bootsen, maar de ingebrachte korrels verloren dan al snel hun structuur en functionaliteit.

Vulkaanalg

Voor het huidige onderzoek gebruikten de Japanse wetenschappers de zuurstofproducerende algensoort Cyanidioschyzon merolae. Doordat hij in vulkanische warmwaterbronnen leeft, kan deze primitieve rode alg goed vertoeven bij temperaturen boven de 37 graden. In plaats van de bladgroenkorrels van deze algen direct in dierlijke cellen te injecteren, mengden de onderzoekers ze eerst met een speciale voedingsbodem, die vervolgens werd ‘gevoerd’ aan cellen afkomstig van een hamster-eierstok.

De algensoort Cyanidioschyzon merolae (links) en zijn bladgroenkorrels (rechts).
De algensoort Cyanidioschyzon merolae (links) en zijn bladgroenkorrels (rechts). Beeld: R. Aoki, Y. Inui, Y. Okabe et al. 2024/ Proceedings of the Japan Academy, Series B.

Na twee dagen bleek dat ongeveer 1 procent van de eierstokcellen minstens zeven bladgroenkorrels had opgenomen. Nog eens 20 procent bevatte één tot drie korrels. Deze bleven nog twee dagen actief in hun nieuwe gastheercellen. Tijdens deze periode groeiden de cellen in een versneld tempo, wat volgens de onderzoekers aangeeft dat de bladgroenkorrels als energiebron werkten.

Fotosynthetische koe

Hoewel dit resultaat veelbelovend is, begonnen de geïmplanteerde bladgroenkorrels na twee dagen af te breken en waren ze na vier dagen volledig verdwenen. Om het proces stabieler en duurzamer te maken, is dus nog vervolgonderzoek nodig. Toch zien de onderzoekers nu al veel toekomstige toepassingen van hun techniek voor zich.

Zo zou de fotosynthese volgens hen een rol kunnen gaan spelen bij de productie van kunstmatige weefsels, zoals organen en vlees. Bij het maken van deze weefsels is het een grote uitdaging om de binnenste lagen van zuurstof te voorzien, wat celdeling en groei beperkt. Door bij deze cellen bladgroenkorrels in te brengen, kunnen moeilijk te bereiken gebieden toch de benodigde energie ontvangen.

Ook biedt deze techniek een CO2-neutrale manier om energie op te wekken, wat interessant kan blijken voor onder andere de bio-industrie. Hoewel een fotosynthetische koe voorlopig sciencefiction blijft, kunnen zogeheten planimale cellen – cellen met zowel plant- als dierlijke elementen – in de toekomst mogelijk zorgen voor dieren die meer CO2 opnemen dan ze uitstoten.

Bronnen: University of Tokyo, J-Stage, IFLScience

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!