De onnatuurlijk basen X en Y coderen voor onnatuurlijke aminozuren PrK en PaZF (afb: Nature)
Het hoeft misschien niet, maar we vertellen het toch nog maar een keer: DNA bestaat uit vier bouwstenen die coderen voor duizenden eiwitten, de werkpaarden van levende organismes. Floyd Romesberg Scripps-instituut in Californië en medeonder-zoekers hebben twee nieuwe bouwstenen toegevoegd aan het DNA van de bekende Eschericha coli-bacterie en de eencellige bleek met dit ‘zesletterige’, onnatuurlijke DNA gewoon door te gaan met het aanmaken van eiwitten, zij het met andere aminozuren dan de twintig natuurlijke waar onze eiwitten normaal uit bestaan. Uiteindelijk zal dit soort onderzoek moeten leiden tot onnatuurlijke eiwitten die dienst zouden kunnen doen als geneesmiddelen. “Wij hebben iets nieuws ontworpen dat functioneert naast het oude en doet wat dat oude kan doen”, stelt Romesberg
Er wordt al een tijdje gewerkt aan de uitbreiding van het DNA-alfabet, dat uit slechts vier letters bestaat: A, C, G en T. Een triplet (ook codon genoemd) bestaat uit drie DNA-letters achter elkaar en codeert voor een van die twintig aminozuren. De onderzoekers hebben daar nu twee letters aan toegevoegd, de X en de Y, waarmee andere aminozuren kunnen worden ingebouwd in het eiwit dan de twintig natuurlijke. In theorie zouden daarmee 100 andere aminozuren kunnen worden ingebouwd in eiwitten die in de natuur niet bestaan.
In de afgelopen twintig jaar heeft de Romesberggroep honderden vreemde DNA-moleculen gemaakt. Om in een levende cel te functioneren moeten de vreemde nieuwe bouwstenen (basen) kunnen ‘samenwerken’ met de natuurlijke basen, zonder de vorm van DNA te verstoren of andere wezenlijke dingen te vernachelen, zoals het overschrijven van de DNA-code op een RNA-molecuul (dat uiteindelijk dient als ‘mal’ voor de aanmaak van eiwitten).
In 2014 rapporteerden Romesberg c.s. dat ze bij een E. coli-stam een vreemd basepaar in het DNA hadden gemoffeld, maar de cellen met dat DNA deelden traag en het onnatuurlijk basepaar verdween vaak na een aantal delingen uit het DNA. Begin dit jaar meldde de groep dat ze nu een gezondere halfsynthetische E. coli hadden gemaakt, dat zijn vreemde DNA niet afstootte, maar ook dit organisme weigerde van de nieuwe codons gebruik te maken.
Groen licht
In hun jongste artikel melden de onderzoekers dat ook die hobbel was genomen. Ze hadden twee onnatuurlijk aminozuren toegevoegd, aangeduid met PrK en pAzF (ik kan even niet de volledige namen vinden van die aminozuren). De cellen bleken die vreemde snuiters, gecodeerd door vreemde basen, in te bouwen in een eiwit dat groen licht uitstraalde.
Om er voor te zorgen dat de bacterie die vreemde gasten kon gebruiken, fabriekten de onderzoekers aangepaste transfer-RNA-moleculen. Die zorgen er voor dat de codons, ook de vreemde, worden afgelezen en voeren de benodigde aminozuren naar de eiwitfabriek, het ribosoom.
Het chemisch veranderde eiwit had geen andere vorm dat de natuurlijke tegenhanger. “We kunnen daarmee nu informatie opslaan en aflezen”, zegt Romesberg. In nog niet gepubliceerd onderzoek hebben de onderzoekers alweer een vreemde base ingevoegd op een belangrijke positie in het DNA in een gen dat iets te maken heeft met antibioticaresistentie. Resistente bacteriën met die toevoeging worden weer gevoelig voor penicilline. Wordt zo goed als zeker vervolgd.
Bron: Nature