De twee Chens in het lab (geen familie, dus) (afb: univ. van Delaware)

Onderzoekers hebben strengen DNA zo geprogrammeerd dat ze eiwitten afleverden aan cellen om genen in en uit te schakelen. Een van die methoden die worden bedacht om heel gericht zieke cellen aan te pakken, maar deze DNA-circuits hoeven zich niet te beperken tot biomedische toepassingen.
Onderzoekers van de universiteit Delaware (VS) hebben een manier bedacht om stukjes DNA met aangehechte eiwitten te veranderen in genschakelaars.
DNA is natuurlijk bij uitstek een molecuul om mee te programmeren. Het lange molecuul in de kern zelf bevat de code voor het aanmaken van eiwitten. De genen worden ‘in bedwang’ gehouden door histonen, methylgroepen e.d. (lang niet alle genen in een cel zijn actief en de meeste genen lang niet altijd). De onderzoekers gebruikten stukjes DNA als een soort logische circuits.
“Toen we het systeem bedacht hadden, moesten we eerst naar het lab en de stukjes DNA vastmaken aan verschillende eiwitten die we wilden regelen”, zegt promovenda Rebecca Chen (geen familie van groepsleider Wilfred Chen). De ontworpen DNA-sequenties werden door een bedrijf gemaakt. De eiwitten kwamen uit het eigen lab, die vervolgens aan de DNA-strengen werden gehecht.
Vervolgens werden de combinaties uitgeprobeerd op bacteriecellen (de roemruchte E. coli) en menselijke cellen. De doeleiwitten organiseerden, assembleerden en deassembleerden zoals de bedoeling was. Rebecca Chen: “Eerder onderzoek had aangetoond hoe krachtig DNA-nanotechnologie is en nu hebben wij aangetoond hoe krachtig eiwitten binnen cellen zijn. We hebben die twee verbonden.”

Medicijnafgifte

De onderzoekers lieten ook zien dat die DNA-circuits een niet-giftig voorlopermolecuul van een kankermedicijn kunnen omzetten in het kankermedicijn 5-fluorouracil. Op die manier zijn kankermedicijnen ongevaarlijk en dus niet actief totdat ze ‘geactiveerd’ worden.
Dat deden de onderzoekers door de aanmaak van het enzym te sturen dat het voorlopermolecuul omzet in het kankermedicijn. De knop werd ingeschakeld door de aanwezigheid van een bepaalde sequentie, anders stond de knop uit.

De onderzoekers haalden hun inspiratie, onder meer, van micro-RNA. Dat zijn kleine RNA-moleculen die de activiteit van genen regelen. Micro-RNA in kankercellen heeft afwijkingen die in normale cellen niet voorkomen. De onderzoekers rekenden uit hoe nucleotiden, de bouwstenen van DNA en RNA, moesten worden gerangschikt om het voorlopermolecuul in aanwezigheid van het abnormale micro-RNA-molecuul om te zetten in het kankermedicijn. De afwijkende micro-RNA-moleculen zetten die reactie in werking.
Als dat DNA-circuit werd ingeschakeld dan groeiden de cellen niet meer (een van de kwalijke eigenschappen van kankercellen is hun woekergroei). Als dat circuit niet actief was groeiden de cellen normaal.

Biobrandstoffen

De methode hoeft zich overigens niet te beperken tot kanker en zelfs niet tot de biomedica. Zo lieten de onderzoekers zien dat die ook gebruikt kan worden om biobrandstoffen te produceren. Daarbij wordt de technologie gebruikt om een cascade, een opeenvolging van processen/reacties gekatalyseerd door enzymen teweeg te brengen, om de plantenvezels in biomassa af te breken.
Met de techniek kan elke DNA-sequentie het doelwit zijn om zich aan te hechten en te sturen met behulp van eiwitten. De onderzoekers dromen er al van dat op een dag het een appeltje-eitje wordt om geprogrammeerd DNA in een verscheidenheid aan cellen aan het werk te zetten om allerlei ziektes te bestrijden. “Deze methode is gebaseerd op een heel eenvoudig concept, een logische combinatie, maar we zijn die eersten die het laten functioneren”, zegt ‘baas’ Chen bescheiden.

Bron: Science Daily