Geprogrammeerd DNA levert (kanker)medicijn af

DNA-circuits te programmeren voor genregulering maar ook voor aanmaak biobrandstoffen

De twee Chens in het lab (geen familie, dus) (afb: univ. van Delaware)

Onderzoekers hebben strengen DNA zo geprogrammeerd dat ze eiwitten afleverden aan cellen om genen in en uit te schakelen. Een van die methoden die worden bedacht om heel gericht zieke cellen aan te pakken, maar deze DNA-circuits hoeven zich niet te beperken tot biomedische toepassingen. Lees verder

Supergist zou opbrengst biobrandstoffen verdubbelen

Superbakkersgist verteert ook xylose

De superbakkersgist

Het lijkt er op dat het maar martelen blijft met die biobrandstoffen. De vraag is natuurlijk of biobrandstoffen een begeerlijke doelstelling vormen, maar dat geef ik ter overweging. Onderzoekers van de universiteit van Wisconsin-Madison en het bioenergiecentrum GLBRC hebben een ‘supergist’ in elkaar gesleuteld die de opbrengst van de omzetting van plantensuikers in biobrandstoffen bijna zou verdubbelen. Lees verder

Met enzym volgestopte virusdeeltjes maken waterstof

Virusdeeltjes maken waterstof

Virusdeeltjes volgestopt met hydrogenase maken uit waterstofionen en elektronen waterstofgas (afb: Ella Marushchenko)

Afsluiting of omhulling is een van de geheimen van het leven. Die verslaat de tweede wet van de thermodynamica (ruwweg: alles tendeert naar chaos) en zorgt dat de juiste moleculen elkaar goed kunnen vinden. Dat was het idee toen onderzoekers bij de bacteriofaag P22 aanklopten om virusdeeltjes aan te maken waarin het enzym hydrogenase werd verpakt. Daarvoor moest het DNA van de bacterievreter (dat is een bacteriofaag) wel wat aangepast worden. Hydrogenase is een enzym dat uit waterstofionen en elektronen de schone brandstof waterstof maakt. Er moet nog wel wat gesleuteld worden aan het geheel, want het systeem zou nog te weinig waterstof produceren om economisch interessant te zijn. Lees verder

Microalg zou ideaal zijn als biobrandstofproducent

MikroalgenZoals vaker hier gemeld blijft het een beetje martelen met die biobrandstoffen. Het lijkt op het uitdrijven van de duivel (kooldioxide-uitstoot) met Beëlzebub (de biobrandstoffen). Biobrandstoffen concurreren met voedingsgewassen (het is of of) en het onderzoek naar de zogenaamde tweedegeneratie-biobrandstoffen, waarbij landbouwafval wordt omgezet in ethanol, benzine of diesel, wil maar niet echt van de grond komen. Door sommigen krijgen algen een glansrol toegekend. Japanse onderzoekers kwamen de microalg Fistulifera solaris op het spoor. Die groeit en produceert veel olie, schrijven Japanse onderzoekers. Lees verder

Modulaire genschakeling maakt complexe processen mogelijk

Genschakelingen

Tot vier geprogrammeerde transcriptiefactoren (de gekleurde viertallen) werken samen om de expressie van een gen te regelen. De ‘target’ is het te sturen gen. (afb: ACS Synthetic Biology)

Synthetische biologie is ook (deels) een verlengstuk voor scheikunde: gebruik die ingewikkelde scheikunde van het leven om op een soepele manier allerlei begeerde verbindingen te maken zoals biobrandstoffen of voor het opsporen en vernietigen van tumoren.  Onderzoekers van de Amerikaanse Rice-universiteit en de universiteit van Kansas hebben genetische circuits gemaakt, die door het uitwisselen van ‘bouwstenen’ complexe taken kunnen uitvoeren. Voor die ‘circuits’ is genetisch materiaal van verschillende bacteriën gebruikt. Deze nieuwe tak van wetenschap/technologie wordt wel biologica genoemd.
Lees verder

E-coli’s produceren (een beetje) diesel

E coli's maken diesel (foto BBC) Aan de universiteit van Exeter (Engeland) zijn onderzoekers onder aanvoering van John Love er in geslaagd een E-colie-bacterie genetisch zo te verbouwen dat ie diesel ging maken. De hoeveelheden zijn niet erg indrukwekkend (je hebt 1000 litermet E coli’s nodig om een theelepeltje diesel te krijgen), maar volgens Love is het een begin. Belangrijker is dat de genetisch verbouwde bacterie een brandstof produceert die qua chemische samenstelling ‘sprekend’ op een fossiele brandstof (diesel) lijkt. De meeste vormen van biobrandstoffen zijn niet direct bruikbaar in de conventionele automotor. Als bijmenging bij brandstof uit fossiele bron is dat nog wel te doen, maar niet ‘puur’. Om de automotor aan de praat te houden moeten er stoffen worden toegevoegd. De ‘diesel’ uit Exeter heeft, vertelt Love tegen de BBC wél de juiste samenstelling. De auto zou er niets van merken als Love’s diesel zou worden getankt in plaats van fossiele diesel.
Het is nu zaak de productie op te voeren. De assistent-hoogleraar geeft zichzelf drie tot vijf jaar om de beestjes, op een voedingsbodem van suiker, aan te zetten tot een hogere productie.

Bron: BBC

Celcircuits met geheugen

DNA-schakeling met geheugen
Ingenieurs van het MIT in Boston, onder aanvoering van Timothy Lu, hebben ‘genetische circuits’ in bacteriecellen aangebracht die niet alleen rekenfuncties uitvoeren, maar ook het resultaat onthouden door dat ‘op te slaan’ in het cel-DNA. Met die genetische schakelingen kunnen allerlei celprocessen worden aangestuurd zoals de aanmaak van bepaalde stoffen of de differentiering van stamcellen tot een bepaald type cellen. Ook kunnen de schakelingen worden gebruikt als sensor.
Synthetisch biologen zijn in staat om uitgaande van genetische ‘bouwstenen’ schakelingen te componeren die een bepaalde functie uitvoeren, zoals het meten van een bepaalde verbinding, waarna het circuit een vervolgactie in gang brengt zoals de productie van het groen fluorescerende eiwit GFP. Dat bouwen van een genetische schakeling heeft wel wat weg van dat van een elektronische schakeling. Genetische circuits kunnen echter ook zogeheten Booleaanse functies uitvoeren zoals die in de elektronica gebruikelijk zijn. Als er, bijvoorbeeld, twee verschillende verbindingen tegelijk aanwezig moeten zijn alvorens er een vervolgactie wordt geïnitieerd, dan zou je een EN-functie moeten bouwen. Zulke genschakelingen zijn niet nieuw.
Bij de circuits die tot nu toe zijn ‘gebouwd’ stopt het proces als, in het voorbeeld, een van beide stoffen niet meer aanwezig is. Lu en zijn medewerkers bouwden een schakeling met een geheugenfunctie in de ‘logische poort’ (zeg maar de OF- of EN-poort). Bij een genetische EN-poort kunnen twee verbindingen er voor zorgen dat bepaalde eiwitten worden geactiveerd die een bepaald gen aanschakelen. Lu maakte zijn schakelingen zo dat bij aanwezigheid van de twee stoffen dat deel van het DNA wordt veranderd dat verantwoordelijk is voor de productie van GFP. Deze delen van het DNA, de zogeheten promotors, activeren bepaalde eiwitten tot de transcriptie van het GFP-gen op RNA, die er op zijn beurt weer voor zorgt dat het ook geproduceerd wordt.
In het artikel in Nature Biology, waarin het proces wordt beschreven, geven Lu en co-auteurs het voorbeeld van twee zogeheten terminators tussen de promotor en het GFP-gen. Elk van de twee remt de transcriptie van het gen, maar ze kunnen door een bepaald enzym (een recombinase) worden ‘afgeschakeld’. Als de twee bewuste verbindingen aanwezig zijn, en de EN-poort dus ‘open’ staat, dan wordt het ‘schakelenzym’ aangemaakt, waarna vervolgens, met tussenkomst van RNA, in het ribosoom het GFP-eiwit wordt gesynthetiseerd. Als een van beide ontbreekt, dan is het GFP-gen geblokkeerd. Als de terminators eenmaal zijn uitgeschakeld, dan kunnen ze niet weer worden ingeschakeld. Dat is nu dus het ‘geheugen’ van de genetische schakeling. Dat in het DNA vastgelegde ‘geheugen’ is overerfbaar.
Die, geïnduceerde, DNA-functie blijkt redelijk stabiel. Ten minste na 90 celdelingen (‘generaties’) bleek de functie nog aanwezig. Op deze wijze is op vrij eenvoudige wijze elke functie in gang te zetten, zegt Lu in Science Daily. Dit mechanisme zou zijn diensten kunnen bewijzen bij de productie van biobrandstoffen of medicijnen door bacteriën of bij het meten van in het milieugevaarlijke verbindingen.

Bron: Science Daily