Genexpressie bestuderen zonder cellen (?)

Genexperessie bestuderen zonder cellen

Sebastian Maerkl (afb: EPFL)

Cellen worden geregeerd door de epigenetica: het patroon van genen die al of niet actief zijn. Welke mechanismen daarbij een rol spelen is wel zo’n beetje duidelijk, maar hoe die genexpressie wordt aangestuurd en hoe die mechanismen werking is allebehalve duidelijk. Onderzoekers van polytechnische hogeschool in Lausanne (Zwi) hebben een methode ontwikkeld om genexpressie te bestuderen (en te voorspellen) zonder dat daar cellen bij worden bestudeerd. Ze bouwden ook een biologische ‘logische poort’ , bedoeld om celfuncties te veranderen, met behulp van synthetische transcriptiefactoren.
Transcriptiefactoren zijn eiwitten die de expressie van genen activeren, ze aan het werk zetten (dus). Hoe dat in zijn werk gaat is knap ingewikkeld en onderzoekers proberen daar al jaren achter te komen. Dat onderzoek gebeurt vooral door stukjes DNA in cellen te introduceren en dan afwachten hoe die reageren. Dat is nogal een taaie bezigheid, waarbij de resultaten ook nogal eens niet overeenstemmen.
Onderzoekers in Zwitserland onder aanvoering van Sebastian Maerkl stellen een systeem te hebben ontwikkeld om die mechanismes te bestuderen, waarbij ze geen cellen gebruiken (alleen hun inhoud). Hun oplossing voor het bestuderen van de epigenetica bestaat uit een microvloeistofsysteem.
Medeonderzoeker Nadanai Laohakunakorn legt uit hoe het werkt. “Eerst halen we materiaal uit cellen. Dit ‘celloze’ systeem bestaat uit enzymen en stoffen die cellen gebruiken voor de normale, biologische processen. Opmerkelijk is dat we buiten de cel de genexpressie kunnen herstarten door het extract te voeden met brandstof en informatie in de vorm van energierijke fosfaten en DNA. Omdat dat proces erg lijkt op wat er in levende cellen gebeurt, kunnen we ons systeem gebruiken om een hele reeks biologische processen te bestuderen zonder elke keer levende cellen te moeten veranderen.”
De onderzoekers bestudeerden duizenden reacties in hun microvloeistofsysteempje. “We waren in staat verschillende scenario’s te testen. We hebben een bibliotheek van synthetische transcriptiefactoren opgebouwd, waarmee we de invloed van een bepaald eiwit op een gen konden voorspellen”, zegt, eveneens, medeonderzoeker Zoe Swank.

Eenvoud

Het microsysteem heeft eenvoud als belangrijk voordeel boven onderzoek aan (hele) cellen, maar dat wel het echte (de cel) nabij is. Daardoor kunnen mechanismen ook wiskundig gemodelleerd worden. Dat betekent dat ze het inzicht in ingewikkelde biologische processen op kunnen splitsen in kleinere (begrijpbare) brokken.
Een ander voordeel van zo’n microsysteem is dat het weinig kwetsbaar is en ook na vriezen (zelfs vriesdrogen) stabiel blijft. Volgens de onderzoekers zouden dergelijke microsystemen ook gebruikt kunnen worden voor goedkope diagnostiek of voor de productie van, bijvoorbeeld, op de persoon afgestemde vaccins. Daarbij zouden die productiesysteempjes verbindingen kunnen maken die de traditionele biologische methodes niet ‘aankunnen’. Ook bestaat er bij die celvrije microsysteempjes niet het risico op zelfreplicatie of biocontaminatie buiten het lab.

Als onderdeel van hun studie fabriceerden de onderzoekers een stuk DNA bestaand uit een aantal genen om een (bio)logische poort te maken. In de elektronica is een logische poort de kleinste rekeneenheid in een computer die enen en nullen produceert afhankelijk van de ingevoerde signalen. De invoer bij een (bio)logische poort is een transcriptiefactor met als uitkomst in- of uitschakelen van de expressie van een gen.
Laohakunakorn: “Door kunstmatige poorten te maken kunnen we nieuwe functies in de cel introduceren voor therapeutische doeleinden, bijvoorbeeld. Het ‘celloze’ systeem is de eerste stap in die richting en in de toekomst werken we verder aan de verbetering van het ontwerp van de transcriptiefactoren met behulp van dit systeem, alvorens ze toe te passen in een ‘celloos’ microsysteem of in levende cellen.”

Bron: EurekAlert

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.