Nanoporiën ook gebruikt om aminozuren eiwitten te bepalen

Nanoporietechniek

Zo ongeveer functioneert de nanoporietechniek voor het uitlezen van DNA (links)

Met behulp van nanoporiën en elektromagnetische velden (veldjes) kun je de basenvolgorde van het DNA bepalen. Nu schijnt die techniek ook geschikt te zijn om de aminozuurvolgorde van eiwitten te bepalen. Zo krijgen we weer een klein beetje beter zicht op dat ingewikkelde ‘breiwerk’ dat cel heet. Lees verder

Een E. coli met een geheel synthetisch genoom

Bacterie met synthetisch DNA

Bacterie, model E. coli, met synthetisch DNA (afb: univ. van Cambridge)

Het is natuurlijk al eerder gebeurd dat bacteriële genomen in het lab zijn ‘opgebouwd’ en niet in/door het beestje zelf, maar de New York Times (of althans scribent Carl Zimmer) denkt dat wat onderzoekers van de universiteit van Cambridge hebben klaargespeeld een (nieuwe) mijlpaal is in de ontwikkeling van de synthetische biologie (na mijlpalen als de herprogrammering van rijpe cellen tot stamcellen en de CRISPR-methode). Het synthetisch opgebouwde genoom van de Escherichia coli-bacterie is vier keer langer en veel complexer dan van een natuurlijke E. coli..
De bacteriën met het synthetische genoom leven, maar hebben een vreemde vorm en reproduceren erg langzaam (dat zal wel daar dat ongewoon lange genoom komen, denk ik dan; as). Dit onderzoek zou kunnen leiden tot, bijvoorbeeld, medicijnproducerende bacteriën, maar zou ook licht kunnen werpen op de ontwikkeling van de genetische code in de loop van de geschiedenis van het leven. Volgens synthetisch bioloog Tom Ellis van het Imperial College in Londen, die niks met het onderzoek te maken had, is dit inderdaad een mijlpaal. “Niemand heeft dit eerder gedaan als je praat over grootte en aantal veranderingen.”
Negen jaar geleden bouwden onderzoekers een synthetisch genoom dat eenmiljoen baseparen (DNA-letters) lang was. Het nieuwe genoom is vier keer zo lang en opgebouwd met behulp van nieuwe technieken onder leiding van Jason Chin.
Drie opeenvolgende DNA-letters (A, C, G, of T) coderen voor een van de twintig verschillende aminozuren waaruit eiwitten zijn opgebouwd. Je kunt met die vier letters 64 tripletten (of codons) maken. Dat betekent dat er verschillende codons zijn voor een bepaald aminozuur.

Een van de vragen die Chin zich stelt is: Vanwaar die overdaad? Dat deed hem besluiten zelf een ‘versimpeld’ genoom te bouwen.
In de natuur coderen zes codons voor het aminozuur serine. In Chins genoom gebruikte hij er maar vier. Er zijn drie zogeheten stopcodons. In het synhtetische genoom worden er maar twee gebruikt. In feite hebben de onderzoekers het E. coli-genoom doorgevlooid met een zoek&vervang-opdracht. We praten dan over 18 000 locaties op het bacterie-DNA.

Binnensmokkelen

Een genoom bouwen is een ding, maar hoe smokkel je dat een bacteriecel binnen? Het genoom was veel te lang om het in een keer in de cel te proppen, dus werd het genoom bij stukjes en beetjes naar binnen geloodst en het oude verwijderd.
De bacterie overleed daar niet aan tot grote opluchting van de onderzoekers. Het beestje bleef leven en werd langer dan de gewone bacterie. Chin wil nog meer codons verwijderen en kijken hoe ver hij kan gaan voor het leven er de brui aan geeft….

Bron: New York Times

Hoe zou het leven er uit zien als er meer mogelijk was?

Floyd Romesberg en synthetisch leven met meer mogelijkheden

Floyd Romesberg (afb: Scrippsinstituut)

Het systeem dat leven heet is karig omgegaan met de mogelijkheden. Onze (genetische) informatie is opgeslagen in een molecuul dat opgebouwd is uit slechts vier verschillende bouwstenen en het aantal aminozuren dat levende systemen gebruiken om eiwitten mee te maken is beperkt tot 20 (of hooguit 22). De vraag is al vaker gesteld: is dat resultaat het maximaal haalbare of het gevolg van een vrij toevallige samenloop? Zou met zes bases (de DNA-bouwstenen) niet meer mogelijk zijn of met meer eiwitten (de ‘werkpaarden; van het leven)? Dan moet je je meteen realiseren dat met meer bases ook meer fouten (mutaties) zullen ontstaan. Bij twee bases is de replicatie van DNA (verdubbeling bij celdeling) nagenoeg foutloos. En wat leveren die extra aminozuren aan extra’s op? Is wat we nu kennen als leven niet welhaast perfect? Niet meer aan knoeien, dus? Vooralsnog wordt er vooral veel gespeculeerd. Lees verder

Nieuwe taal voor genetische code op komst

Gehercodeerd bacterie-DNA

5% van het bacteriegenoom is ontdaan van twee ‘overbodige’ codons (afb: Wyss-instituut)

Drie DNA-bases, een triplet, coderen voor een van de twintig aminozuren waaruit een eiwit bestaat. Er zijn vier DNA-bases: C, G, T en A. Dat betekent dat je 64 verschillende tripletten hebt. Dat is te veel. Een groep onderzoekers van, onder meer, het Amerikaanse Wyss-instituut hebben de code van 5% het genoom van een Salmonella-bacerie zo veranderd, dat er twee ‘overbodige’ tripletten uit 5% van het DNA werden gehaald, werden ‘vrijgemaakt’, voor andere aminozuren. Bovendien zou die nieuwe genetische ‘taal’ er voor zorgen dat de nieuwe levensvorm zich niet mengt met het natuurlijke leven, is het idee.  Nu de rest nog en hopen dat het beestje dan nog in leven blijft. Lees verder

Grenzen aan de evolutie van gencode

transfer-RNA-molecuul begeleidt aflezing-boodschapper-RNA

Varieerbaarheid in transfer-RNA-moleculen bepaalt de grens aan genetische codes (afb: Pablo Dans, IRB)

De evolutie staat nooit stil, maar er zijn grenzen. Spaanse onderzoekers denken te weten dat de genetische code zich ontwikkelde tot een maximum van twintig aminozuren, die het leven nu gebruikt om eiwitten op te bouwen. Dat zou volgens hen liggen aan het transfer-RNA, dat een rol speelt bij de vorming van eiwitten via het aflezen van boodschapper-RNA in het ribosoom (de zogeheten translatie). Die ‘maximalisatie’ van de genetische code zou zo’n 3 miljard jaar geleden hebben plaatsgevonden voor de gescheiden ontwikkeling van bacteriën, eukaryoten (cellen met een kern) en archaea (‘oerbacteriën’), aangezien alle levende organismen dezelfde genetische code gebruiken om eiwitten te produceren. Lees verder

Codering van eiwitten minder strikt dan gedacht

De codoncirkel

De codoncirkel, te lezen van binnen naar buiten. Aan de rand is te zie voor welk aminozuur het codon codeert. Er zijn drie stopcodons (zwarte stippen) die bij micro-organismen wel kunnen coderen voor een afwijkend aminozuur

Eiwitten bestaan uit een aaneenschakeling van (maximaal) twintig verschillende eiwitten. Elk aminozuur wordt gecodeerd door een zogeheten codon, een trits DNA-‘letters’). Dat geeft 64 combinatiemogelijkheden, dus zijn er meer codons voor hetzelfde aminozuur plus nog wat stopcodons, die aangeven dat het aflezen van het boodschapper-RNA in het ribosoom moeten worden gestopt. Sommige van die stopcodons coderen bij micro-organismen echter voor het aminozuur selenocysteïne, niet een van de twintig, vonden onderzoekers in Amerika. Het systeem is flexibeler dan gedacht en wie weet wat de natuur nog meer in petto heeft? Lees verder

Meteorieten kunnen leven hebben hebben ‘gesticht’

MeteorietinslagMet enige regelmaat duiken er ideeën op over hoe het leven op aarde zou kunnen zijn ontstaan. Aan al die theorieën kleven wel ‘smetjes’ of ‘zwarte gaten’. Misschien, maar misschien ook niet. Japanse onderzoekers hebben een nieuwe manmoedige poging gedaan voor een verklaring van het ontstaan van leven op deze planeet (en wellicht ook andere). Laat een meteoriet met grote vaart in de oersoep ploffen en de bouwstenen van het leven ontstaan vanzelf, stellen ze. Lees verder

Nieuwe letters in DNA-alfabet

Vreemde DNA-letters

Vreemde letters voor DNA

Het leven heeft maar een bescheiden gebruik gemaakt van de talloze mogelijkheden die de organische wereld biedt. Al onze eiwitten zijn opgebouwd uit slechts 20 verschillende aminozuren en het genoom is opgebouwd uit slechts vier verschillende gepaarde nucleotiden, aangeduid (naar de base) met C, G, A en T. Al lang is de gedachte dat die karigheid uitbreiding behoeft en er wordt al jaren onderzoek gedaan naar ‘vreemde letters’ voor ons levensalfabet. Volgens de Amerikaanse organisch chemicus Steven Benner, die daar al 30 jaar mee bezig is, is er veel mis met het DNA-molecuul. Dat onderzoek lijkt nu zijn vruchten af te werpen. Twee kunstmatige nucleotiden P en Z blijken naadloos in de wenteltrapstructuur van DNA te passen en ze blijken zich te kunnen ontwikkelen via evolutionaire lijnen. Net echt dus, maar wat dan? Een leven zonder eiwitten? Lees verder

Pluripotente stamcellen net zo goed als gekloonde

Productiememthoden stamcellen

De kloonmethode (boven in bovenste plaatje) of de genetische reprogrammering leveren even goede (of even slechte) stamcellen op (afb: Cell)

Embryonale stamcellen, in feite gekloonde cellen, zijn net zo goed of slecht als pluripotente stamcellen, bleek uit onderzoek van, onder veel meer, Dieter Egli van de Newyorkse stamcelstichting NYSCF). Pluripotente stamcellen zijn in principe makkelijker te maken en er kleven geen of weinig ethische nadelen aan, maar ze hielden altijd een geur van bederf rond zich. Therapieën met pluripotente stamcellen zouden kunnen leiden tot kanker of ander ongerief doordat die kwalijke mutaties vertoonden na reprogrammering uit volwassen cellen. De uitkomst van het onderzoek is in die zin ook opmerkelijk omdat Egli altijd een groot voorstander van embryonale stamcellen is geweest. “Ik weet niet wat dat gaat betekenen voor embyonale-stamcelprogramma”, zei hij op een bijeenkomst van zijn stichting op 22 oktober. Lees verder

Een bacterie met twee extra DNA-letters gemaakt

DNA6

Een DNA-streng met zes (in plaats van vier) nucleotiden. X en Y zijn de ‘vreemde eenden’. (afb: New Scientist)

Synthetische biologie is er niet in de eerste plaats op gericht om bestaand leven te ‘repareren’ maar vooral om nieuw leven te creëren. Het leven maakt maar een bescheiden gebruik van de chemische mogelijkheden die er bestaan. Zo zijn eiwitten opgebouwd uit, ten hoogste, twintig verschillende aminozuren, terwijl er vele malen meer aminozuren bestaan (of te bedenken zijn) en DNA maakt voor de opbouw maar gebruik van vier verschillende nucleotiden, die louter verschillen in de base. Een uitdaging, dus. Nu heeft een groep rond Floyd Romesberg van het Scripps-instituut in La Jolla (VS) een E. coli-bacterie voorzien van een DNA-streng met twee extra basen/nucleotiden:  d5SICS en dNaM. Het schijnt de bacterie, die er normaal toch al een los DNA-‘regime’ op na houdt, niet erg te deren. Lees verder