5% van het bacteriegenoom is ontdaan van twee ‘overbodige’ codons (afb: Wyss-instituut)

Drie DNA-bases, een triplet, coderen voor een van de twintig aminozuren waaruit een eiwit bestaat. Er zijn vier DNA-bases: C, G, T en A. Dat betekent dat je 64 verschillende tripletten hebt. Dat is te veel. Een groep onderzoekers van, onder meer, het Amerikaanse Wyss-instituut hebben de code van 5% het genoom van een Salmonella-bacerie zo veranderd, dat er twee ‘overbodige’ tripletten uit 5% van het DNA werden gehaald, werden ‘vrijgemaakt’, voor andere aminozuren. Bovendien zou die nieuwe genetische ’taal’ er voor zorgen dat de nieuwe levensvorm zich niet mengt met het natuurlijke leven, is het idee.  Nu de rest nog en hopen dat het beestje dan nog in leven blijft.

Micro-organismen wisselen nogal makkelijk DNA uit. Dat kan een groot probleem zijn als, bijvoorbeeld, een genetisch veranderde bacterie in de gewonemensenwereld wordt gebruikt. “Ideaal zou zijn als er een soort tra is tussen genetisch veranderde bacteriën en de rest”, zegt Jeffrey Way van het Wyss-instituut van de Harvard-universiteit. Het hercoderen van het genoom zou die onoverbrugbare tra tussen het natuurlijke en synthetische leven kunnen zijn.

Klus

Het schijnt nogal een klus te zijn om het genoom te hercoderen. Way denkt dat het niet langer meer duurt dan een paar jaar dat het zover is. Tot nu toe heeft hij en en zijn medeonderzoekers 1550 tripletten (ook wel codons genoemd) in 176 genen gehercodeerd. De onderzoekers wilden twee codons vrijmaken die normaal gesproken coderen voor het aminozuur leucine: TTA en TTG. Dat deden door ze (op computer) te vervangen door CTA en CTG, twee tripletten die ook coderen voor leucine. Het feitelijk ‘bouwen’ van dat aangepaste (gehercodeerde) genoom hebben ze uitbesteed.
Dergelijke bedrijven bouwen normaal gesproken korte stukjes DNA, bestaand uit 1000 tot 4000 nucleotiden (een base is het kenmerkende onderdeel van een nucleotide). Om langere stukken DNA te krijgen worden de stukjes DNA in gistcellen geïmplanteerd, die die stukjes braaf uitbouwen tot stukken van 20 000 nucleotiden (dat heet in de moderne genetica dan 20 kb, alsof we het over computers hebben).

Dan volgt er een wezenlijk stap, waarvan de onderzoekers denken dat die het hercoderen van het genoom wel eens een stuk sneller zou kunnen maken. Ze gebruikten een nieuwe techniek om elke 20 kb-streng in de gist te repliceren, waardoor ze in relatief korte tijd enorme hoeveelheden van die streng konden produceren (we hebben het dan overigens wel over ‘maar’ microgrammen). Vervolgens werd dat DNA in de Salmonellacellen ingevoerd.
De hoop was dat de bacterie de klus zou afmaken. Als bacteriecellen delen dan repliceren ze hun DNA, waarbij ze mogelijk ook de nieuwe DNA-strengen kopieëren dan zich in de cel bevindt. Beter nog, als dat nieuwe stuk DNA een bijna gelijke sequentie heeft van een bepaald gedeelte als het eigen DNA van de bacterie, dan zou de bacterie dat stuk nieuwe DNA in zijn eigen DNA kunnen opnemen. Dat proces heet recombinatie. Dat gebeurt van nature in alle organismen.

Onderzoekers gebruikten al in het verleden recombinatie om die in het bacteriegenoom te laten opnemen, alleen zijn die stukjes kleiner: 3 tot 4 kb en geen 20 kb.”We wisten niet of dat zou lukken”, zegt medeonderzoeker Yu Heng Lau. “Uiteindelijk bleek het goed genoeg voor onze doeleinden.” Het duurde ongeveer twee dagen voordat de 20 kb-streng werd ingebouwd. Daarna volgde het tweede stuk van 20 kb enzovoort.

Efficiënt

Die aanpak zou een efficiënte manier zijn om het genoom te recoderen, stelt Marc Lajoie van de universiteit van Washington in Seattle, lid van een onderzoeksgroepdie een andere methode gebruikt om een E. coli te hercoderen en niet bij dit onderzoek betrokken is. “Ik denk dat hun aanpak aanvullend bij wat er al gebruikt wordt om stevig gehercodeerde organismen te synthetiseren.”

Way denkt dat het niet meer dan een paar jaar zal duren voor alle 33 000 codons zijn gehercodeerd. Hij denkt dat deze techniek iets zou kunnen betekenen voor de ontwikkeling van vaccins. Bij bacteriële vaccins worden meestal dode bacteriën gebruikt om te voorkomen dat die bacteriën DNA uitwisselen met andere in het lichaam. Omdat die gehercodeerde bacteriën niet zouden kunnen communiceren met andere micro-organismen, zou het mogelijk moeten zijn om ‘levende’ vaccins te gebruiken. Dat zou effectiever kunnen zijn. Way: “Dat is maar een voorbeeld van een toepassing.”
Dat laatste stuk begrijp ik niet. Waarom zouden de gehercodeerde bacteriën niet kunnen communiceren met de niet-gehercodeerde? Overigens is in dat artikel ook niet te vinden hoe die vrijgemaakte codons zouden kunnen gaan coderen voor andere dan de twintig natuurlijke aminozuren, maar dat is waarschijnlijk de volgende stap. Nu ging het vooral om het hercoderen (neem ik aan).

Bron: New Scientist