De replicatie: de leidende (onder) en de volgende streng (boven) worden op een andere wijze verdubbeld (afb: Wiki Commons)

Onderzoekers van de universiteit van Californië in David hebben de replicatie van het DNA van de darmbacterie Escherichia coli in beeld gebracht. Het lijkt er op alsof de twee DNA-strengen zich onafhankelijk van elkaar repliceren, zonder enige coördinatie. Toch zijn ze beide even snel klaar. Dat zet de ideeën die er leven over het replicatieproces hier en daar wat op losse schroeven. De twee strengen van DNA zijn complementair aan elkaar de base guanine is gekoppeld aan cytosine en de base adenine aan thymine, de ‘letters’ van het DNA-alfabet. Bij de replicatie worden die twee strengen in de moedercel losgekoppeld en weer aangevuld met de complementaire streng en worden de, als het goed is, identieke DNA-moleculen verdeeld over de twee dochtercellen.
Die DNA-verdubbeling begint als een enzym (dnaB helicase bij de E. coli) de dubbele helix ontrold. Een tweede enzym, een primase, zorgt dat er een ‘inleider’ (primer) aan elke streng wordt gekoppeld. In een derde stap zorgt het enzym DNA-polymerase ervoor dat er de complementaire nucleotiden aan de streng worden gekoppeld. Het bacterie-DNA wordt met een snelheid van zo’n 650 nucleotiden per minuut opgebouwd.

De onderzoekers vonden dat de opbouw van de nieuwe DNA-moleculen verschillend was aan de twee strengen. Elke streng heeft een uiteinde 5′ en 3′ en die zijn complementair. Een nieuw molecuul groeit van 5′ naar 3′. Een van de twee strengen, de leidende, doet dat ook zo, maar voor de ander zijn kleine stukjes DNA, zo’n 100 tot 200 nucleotiden lang, nodig. Die stukjes worden Okasaki-fragmenten genoemd. Die fragmenten worden vervolgens gekoppeld. DNA-vorming wordt dan ook wel halfdiscontinu genoemd. Dat schijnt ermee te maken hebben dat het DNA-polymerase het DNA slechts in een richting kan aflezen (om iets meer uitleg moet je bij DNA-replicatie in WIkipedia kijken). Het proces schijnt desalniettemin een getrouwe kopie van het DNA van de moedercel op te leveren.

Coördinatie

Lang is gedacht dat er coördinatie moest zijn tussen de ‘leidende’ en ‘volgende’ streng om te voorkomen dat een van de twee sneller gaat dan de ander. Anders zou het genoom instabiel kunnen worden, was het idee. De video toont echter dat elke streng afzonderlijk gecompleteerd wordt.

Om het filmpje van 11 s te kunnen maken haalden de onderzoeker het DNA uit de bacterie. Vervolgens gebruikten ze een lichtgevend detergens dat zich bindt aan de dubbele helix, maar niet aan een enkele streng. Daarmee is de vorming van de dubbele helix te volgen.
De onderzoekers constateerden dat de gemiddelde snelheid waarmee de twee strengen zich repliceerden dezelfde was. Ze zagen gedurende de replicatie wel dat het proces soms gestopt werd en sms sneller ging. Het leek er op alsof de strengen hun eigen tijdplanning hadden. Je kunt je dan natuurlijk weer afvragen hoe die ‘anarchie’ toch erin resulteert dat beide strengen gelijk over de meet gaan.

Bron: Futura-Sciences