Zwermen kleine xenobots, ‘levende robotjes’ gemaakt van biologisch materiaal, vermenigvuldigen zichzelf door losse cellen bij elkaar te duwen. Deze manier van reproductie is nog niet eerder gezien in meercellige organismen.

Vorig jaar maakten wetenschappers voor het eerst xenobots. Daarvoor gebruikten ze embryocellen van de klauwkikkersoort Xenopus laevis. Onder de juiste omstandigheden in het lab herschikken deze cellen zichzelf in kleine structuren die in groepjes verplaatsen. Nu ontdekten diezelfde onderzoekers dat deze xenobots zichzelf ook kunnen vermenigvuldigen.

Klompje cellen

Evolutionair ingenieur Josh Bongard van de Universiteit van Vermont en bioloog Michael Levin van de Tufts-universiteit in Massachusetts en hun collega’s begonnen het onderzoek met huidstamcellen uit kikkerembryo’s. Ze brachten de stamcellen bij elkaar in klompjes, waaruit zich binnen vijf dagen bolletjes vormden. Elke bol bestond uit zo’n drieduizend cellen en was daarmee ongeveer een halve millimeter breed. Ook waren de bolletjes omgeven door kleine haarachtige structuren. Die werken als flexibele roeiriemen en stuwen de xenobot vooruit op een kurkentrekkerachtige manier, zegt Bongard.

Onverklaarbaar kattengat
LEES OOK
Onverklaarbaar kattengat

Het viel het team ook op dat de klompjes cellen samenwerkten in een zwerm. Zo duwden ze andere losse cellen in het schaaltje bij elkaar. Die stapels cellen vormden toen langzamerhand nieuwe xenobots.

Samenwerking

Vervolgens plaatste het team groepjes van twaalf xenobots in een schaaltje, samen met 60.000 losse cellen. Hieruit bleek dat de xenobots samenwerkten om een of zelfs twee nieuwe generaties te maken. ‘Een ouder duwt losse cellen op een stapel, en dan, per toeval, duwt een tweede ouder nog meer cellen op die stapel, enzovoort. Zo ontstaat uiteindelijk het kind’, legt Bongard uit.

Elke nieuwe replicatieronde levert steeds kleinere xenobot-kindjes op. Uiteindelijk zijn de bollen niet groter dan vijftig cellen en kunnen ze zichzelf niet meer voortbewegen. Daarmee verdwijnt ook de mogelijkheid om zichzelf te reproduceren.

Optimaliseren

In een poging toch meerdere generaties xenobots te maken, wendde het team zich tot kunstmatige intelligentie. Met een algoritme gebaseerd op evolutie, voorspelden ze welke vormen xenobots de meeste generaties opleverden.

Deze simulatie voorspelde dat clusters cellen in de vorm van een C de meeste generaties zouden opleveren. De van nature bolvormige xenobots werden vervolgens in een C-vorm geknipt. Het leverde tot vier generaties xenobot-kindjes op: twee keer zoveel als de bolvormige xenobots.

C-vormige xenobots duwen losse stamcellen (wit) bij elkaar in stapeltjes. Beeld: Douglas Blackiston and Sam Kriegman.

‘Door de vorm van de ouders te manipuleren tot een C-vorm, creëer je een betere schep om meer cellen te verplaatsen’, zegt Bongard.

Grote stap

Het is voor het eerst aangetoond dat meercellige organismen zich op deze manier kunnen vermenigvuldigen, en niet door middel van groei in of op het eigen lichaam. ‘Ons werk laat zien dat er een tot nog toe onbekende manier bestaat waarop leven zichzelf kan repliceren’, aldus Bongard.

Sommige teamleden hopen de xenobots te gebruiken in onderzoek naar hoe de eerste organismen op aarde zich mogelijk hebben voortgeplant.

Leestip: De lezer krijgt een visueel verbluffende rondleiding langs deze opmerkelijke moleculaire machientjes. Hoe werken cellen? Hoe ontwikkelde eencellig leven tot meercellig leven? Wat is er zo bijzonder aan stamcellen? Bekijk dit boek in onze webshop!