Eind 19e eeuw was de wetenschap haast bezeten door de wens alles te standaardiseren. In 1889 leidde dat tot het officieel vaststellen van de meter en de kilogram waarvan de oorspronkelijke maatstaven nog altijd diep in de kelders van Breteuil, vlakbij Parijs, liggen. Misschien nog wel obsessiever, en zeer noodzakelijk, was de jacht naar de synchronisatie van tijd. Er bestaat een treinkaart van de VS uit 1883 waarop de belangrijkste stations staan ingetekend met daarbij de ‘lokale tijd’. Daaruit blijkt dat het op het ene station 10:00 uur kon zijn terwijl het op een station nog geen 100 km verderop officieel 10:05 was.

De exacte tijd is iets waar we niet meer dagelijks bij stil staan, maar het is een onderwerp waar heel wat biologisch onderzoek aan wordt gedaan. Zo bezitten wij mensen, en vele andere organismen, een circadiaans ritme waardoor we op gezette tijden eten, naar bed gaan en weer opstaan. Maar zulke biologische klokken zijn zelfs op het meest basale niveau slecht begrepen, en daar kan een beetje wetenschapper natuurlijk niet mee leven. Jeff Hasty van de University of California in San Diego vond het wel een mooie uitdaging. Hij liet zich inspireren door elektronische circuits en probeerde iets vergelijkbaars in de bacterie Escherichia coli in elkaar te zetten. Als die synthetische klok eenmaal tikte, zo redeneerde hij, zou hij iets kunnen leren over biologische klokken. Hij leende wat genetische componenten uit andere bacteriën en knutselde een simpel maar ingenieus biologisch circuit in elkaar.

Alles in dat circuit hangt af van de constante aanmaak van het molecuul AHL dat zowel een negatieve als positieve feedback loop aanstuurt. Het positieve gedeelte van het circuit zorgt ervoor dat AHL de eigen productie stimuleert. Dus hoe meer AHL aanwezig is des de groter de stimulans is om nog meer AHL te maken. Het molecuul hoopt zich daardoor in de bacterie op waarop de cel licht begint te geven. Op een bepaald moment wordt de concentratie echter zo hoog dat de negatieve feedback loop actief wordt waardoor de productie van AHL wordt stil gelegd, de concentratie zakt en het licht uit gaat. Het hele proces kan vervolgens weer van voren af aan beginnen en een knipperlicht is geboren.

Het meest ingenieuze van het system is dat AHL ook de bacterie uit diffundeert en door andere bacteriën kan worden opgenomen. De grote vraag in het onderzoek was dan ook hoe dit het knipperlicht systeem zou beïnvloeden; zou het resulteren in een kakofonie aan lichtsignalen of een prachtig eensgezinde lichtshow? Om dit te bepalen hingen Hasty en zijn collega’s een camera boven het experiment, het systeem werd in werking gesteld en het resultaat was er één waar je als wetenschapper alleen maar van kan dromen. De diffusie van AHL door de populatie bacteriën zorgde ervoor dat niet iedere bacterie er een lokale tijd op na hield en in het wilde weg begon te knipperen. Het AHL signaal resulteerde juist in één groot synchroon knipperlicht en de geboorte van universele tijd.

Bepaalde ‘klokgedragingen’ lijken dus helemaal niet zo ingewikkeld als gedacht en kunnen uit een zeer simpele organisatie van enkele genetische componenten als het ware uit het niets ontstaan. De vinding opent ook direct een weg naar een toepassing. Door ‘synthetische cellen’ te maken die als collectief en synchroon reageren op bepaalde signalen kan een medicijn in het lichaam in de juiste concentratie op het juiste moment worden afgegeven.

Dit stuk verscheen ook in de Groene Amsterdammer, nummer 38 / 22 September 2010