Een aantal synthetische eiwitten in schema. De letters staan voor de aminozuren (afb: PlosOne)

Cellen die het natuurlijke SerB-gen niet hebben blijken te gaan groeien met behulp van een kunstmatig eiwit SynSerB. Dat kunstmatige eiwit neemt niet de taak van het ontbrekende eiwit over, maar stimuleert een ander eiwit dat te doen. Het leven op moleculair niveau lijkt steeds maakbaarder te worden. We hebben hierbij overigens over E. coli-bacteriën, die vaker optreden in genetische proefnemingen.

Het eiwit SerB fungeert als enzym in de laatste stap naar de vorming van het essentiële aminozuur serine. De onderzoekers van de Princeton-universiteit ontdekten al in 2011 dat SynSerB E. coli-bacteriën zonder het SerB-gen het leven kan redden. Destijds bleek hun ook dat drie andere kunstmatige eiwitten het ontbreken van de daarmee corresponderende genen konden ‘invullen’. “Dat zijn eiwitten die nog niet op aarde bestonden en niet verwant zijn aan iets op aarde en toch laten ze het leven groeien waar dat het anders niet gedaan zou hebben”, zegt onderzoeker Michael Hecht.
Natuurlijke eiwitten worden opgebouwd uit twintig zogeheten essentiële aminozuur. Het aantal aminozuren in zo’n eiwit loopt uiteen van enkele tientallen tot vele honderden. Er zijn bijna eindeloos veel combinaties mogelijk, maar de natuur beperkt zich tot enkele duizenden eiwitten (schat ik, waarschijnlijk, te laag). Hecht: “Die eiwitten moeten wel speciaal zijn. De vraag is: Kunnen we dat ook in het lab? Kunnen we met niet-natuurlijke aminovolgordes speciale dingen doen uit dat enorme aantal mogelijkheden?”

Binair ontwerp

Met behulp van wat de onderzoekers ‘binair ontwerp’ noemen ontwikkelden ze een groot aantal niet-natuurlijke eiwitten. Ze schroefden het aantal mogelijkheden omlaag door een keuze te maken uit elf aminozuren, verdeeld in twee groepen: polair en niet polair. Met die karakteristiek (polariteit) bouwden de onderzoekers een hele bups onnatuurlijke eiwitten in een specifieke vorm gebaseerd op de affiniteit voor water. Zo bouwden ze een bibliotheek op van zo’n miljoen verschillende eiwitten, die elk 102 aminozuren bevatten. “We zochten in een beperkte groep eerst naar de functie”, zegt medeonderzoekster Katie Digianantonio. “Het is net of je in plaats van in het hele heelal van het leven gaat grasduinen in een bepaald zonnestelsel.” De onderzoekers vonden zo verschillende eiwitontwerpen waarvan ze dachten dat die in een levende cel levensreddend zouden kunnen zijn. Nu was het onderzoek vooral gericht hoe SynSerB celgroei bevordert. De voordehandliggende verklaring is natuurlijk dat dat eiwit dezelfde reactie katalyseert als het natuurlijke eiwit, maar dat bleek niet het geval.

De onderzoekers gingen op zoek naar RNA-moleculen in de bacteriecellen en analyseerden die, met en zonder SynSerB en keken naar de verschillen. Uit die RNA-analyse kwam naar voren dat SynSerB zorgde voor een overactief gen dat codeert voor het eiwit HisB. Een hoge HisB-spiegel katalyseert de reactie die normaal gesproken door SerB wordt gekatalyseerd. Hecht: “Het leven is een opportunistisch systeem. Sommige eiwitten doen soortgelijk werk en sommige vinden een andere syntheseroute. Hoe dan ook het is prachtig.”

Bron: Science Daily