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.
Het lijkt inderdaad een beetje veel op elektronica. Als je in een elektronisch circuit wat weerstandjes en condensatortjes vervangt, dan verandert de werking/functie van dat circuit en ook de ‘uitkomst’. Zo’n modulair gencircuit kan verschillende chemische stoffen ‘verwerken’ zonder dat die last van de ‘buren’ hebben. Bij een gencircuit zou, om een eenvoudig voorbeeld te noemen, een bepaald eiwit kunnen worden geproduceerd als het circuit twee chemische verbindingen detecteert. Dus als stof A en stof B aanwezig zijn, dan ontstaat stof C. Vandaar ook de naam logica die in dit verband wel opduikt, want zoiets lijkt op een logische EN-poort. Simpele systemen zijn er, maar de zoektocht is naar ingewikkelder. Matthew Bennett en zijn medewerkers hebben iets gedaan dat lijkt op het programmeren van een computer of het maken van een logisch circuit. “Een van de belangrijkste doelen van deze technologie is om cellen te maken die op een geprogrammeerde manier op hun omgeving reageren”, zegt Bennett. “Nu doen we dat bijvoorbeeld door logische transcriptiepoorten te maken, zoiets als de logische poorten in computers. Het werkt in een cel een beetje anders, maar veel is hetzelfde.” Die poorten reageren op een voorgeprogrammeerde manier om chemicaliën. Als die aanwezig zijn dan kan, bijvoorbeeld, een gen worden aangezet om een eiwit te produceren of juist niet. “We hebben er veel werk in gestoken om de ‘beslissingen’ beter en efficiënter te maken. Daar gaat het nu over. We hebben een modulaire en makkelijk te gebruiken manier gevonden om zeer reactieve transcriptielogica te maken.”
Voor het gencircuit werden diverse transcriptiefactoren gebruikt uit verschillende bacteriegenomen die de expressie (aanmaak) van eiwitten initiëren. Tot vier van die factoren, vonden de onderzoekers, kunnen samen dienst doen als ‘poorten’. De onderzoekers testten de mogelijkheden van die combinaties in een E. coli-bacterie om de aanmaak van een groen fluorescent eiwit te stimuleren of af te zwakken. Bennett: “Vaak als je een genschakeling maakt dan moet je te veel genen hebben om die poort te laten functioneren. We hebben dat omzeild door de transcriptiefactoren te programmeren, zodat ze direct op de omgeving reageren en een bepaald gen op een modulaire manier aansturen. We kunnen nu de detectie en de genaansturing in dezelfde module vastleggen.”
Bennett ziet veel mogelijkheden voor ‘zijn’ modulaire gencircuits. Hij denkt aan het meten en eventueel herstellen van milieuvervuiling of aan het opsporen en vernietigen van tumoren. Ook zouden de gencircuits goede diensten kunnen bewijzen in situaties waarbij de genexpressie gaandeweg moet veranderen, bijvoorbeeld door de verschuiving in een suikerbalans. Mogelijkheden zat, maar nu maar eerst eens bewijzen dat die ook praktisch haalbaar zijn. Vervolgonderzoek volgt.
Bron: Science Daily