Deepak Mishra (afb: MIT)

Onderzoekers van het MIT hebben een systeem ontworpen om cellen binnen seconden op bepaalde veranderingen of stoffen te laten reageren, dat is gebaseerd op de wisselwerking tussen eiwitten. Dat zou onder meer te gebruiken zijn voor diagnostiek of voor het meten van bepaalde stoffen in het milieu.
Je kunt cellen genetisch zo veranderen dat ze bepaalde functies uitvoeren zoals het afgeven van licht als er een bepaalde stof wordt aangetroffen. Het probleem daarbij is dat die nieuwe genen enige tijd nodig hebben om de eiwitten te laten aanmaken die daarvoor nodig zijn. Synthetisch biologen van MIT in de VS hebben nu iets ontwikkeld waardoor cellen binnen een paar seconden functioneren als, bijvoorbeeld, een sensor. “We zijn in staat elke functie binnen een paar seconden te laten uitvoeren”, zegt MIT-onderzoeker Deepak Mishra.

In levende cellen is de wisselwerking tussen eiwitten wezenlijk voor het functioneren van zogeheten signaalroutes, ook die om afweercellen in het geweer brengen of om te reageren op hormonen. Veel van die wisselwerking berusten op het (de)activeren van een ander eiwit door er een fosfaatgroep aan te hangen of af te halen. Bij deze studie gebruikten de onderzoekers gistcellen om een een netwerk (?) te maken van veertien eiwitten van zowel gisten, bacteriën, planten als mensen. Die werden veranderd zodat ze elkaar konden bewerken om een signaal te geven in reactie op een bepaalde ‘gebeurtenis’.
Dat ‘netwerk’ zou het eerste synthetische circuit zijn dat geheel gebaseerd is op de-/fosforylering bedoeld om een ‘schakelaar’ om te zetten. De stof in kwestie bij deze studie was sorbitol, een suikeralcohol die in veel vruchten voorkomt. Als die stof gedetecteerd wordt, dan slaat die cel die informatie op in de vorm van een fluorescerend eiwit op de celkern. Dit ‘geheugen’ wordt ook aan de dochtercellen van die cel doorgegeven. Dat circuit kan heringesteld worden door de cel aan een andere stof bloot te stellen. In dit onderzoek was dat isopentenyladenine.

Celdeling

Dergelijke ‘netwerken’ kunnen ook andere functies uitvoeren in reactie op een bepaalde stof of omstandigheid. Zo vormden de onderzoekers cellen die weigerden zich nog te delen als ze sorbitol in de buurt ontdekten. Met deze techniek zouden zeer gevoelige sensoren kunnen worden gemaakt die reageren op concentraties die in de orde liggen van een molecuul van de te detecteren verbinding op eenmiljard andere moleculen. Dat kan dus binnen een paar seconden. Met de ‘oude’ methode waarbij genen werden toegevoegd/veranderd kon dat uren of zelfs dagen duren.

Dit ‘netwerk’ is groter en intwikkelder dan de meeste synthetische circuits die tot nu toe zijn ontwikkeld, stellen de onderzoekers. Zij vroegen zich af of iets dergelijks ook te vinden was in levende cellen. Dat bleek inderdaad het geval. Zes gisten bevatten soortgelijke netwerken die nooit eerder ontdekt waren.
“We hebben er niet naar gezocht omdat je ze niet verwacht”, zegt lableider Ron Weiss. “Die netwerken zijn niet optimaal of elegant maar we vonden wel verschillende voorbeelden van dergelijke schakelaars. Dit is een nieuwe op techniek geïnspireerde benadering om dergelijke regelnetwerken in biologische systemen te vinden.”

De onderzoekers hopen hun ‘netwerken’ te kunnen gebruiken voor de ontwikkeling van sensoren om milieuvervuilende stoffen te detecteren of om diagnoses bij mensen te stellen. Weiss: “Je zou je kunnen voorstellen dat de cel die informatie doorgeeft aan een elektronisch apparaat die patiënt of arts op de hoogte stelt. Dat apparaat zou ook medicijnen kunnen bevatten die de geconstateerde fout herstellen.”

Bron: Science Daily