Vreemde letters voor DNA. Het huidige onderzoek is niet het eerste dat met succes nieuwe DNA-letters heeft bedacht die ook werkelijk functioneerden

Synthetische biologie is de tak van wetenschap die levensvormen nastreeft die, moleculair gezien, niet in de natuur voorkomen. Ons gigantische DNA-molecuul is opgebouwd uit slechts vier bouwstenen (nucleotiden geheten en vaak als ‘letters’ of ‘basen’ aangeduid). Het aantal aminozuren waaruit onze eiwitten zijn opgebouwd is twintig. Waarom? Is meer niet beter? Al jaren streven synbiologen naar DNA met meer letters en meer aminozuren. Dat hoeft niet per se te zijn voor het voor het creëren van nieuwe biologische structuren of moleculen, maar kan ook bedoeld zijn om de informatiedichtheid van het DNA te vergroten. DNA wordt ook wel gezien als uiterst efficiënte informatiedrager. Hoe het ook zij, inmiddels is het aantal bruikbare letters verdubbeld.
G (guanine), C (cytosine), T (thimine) en A (adenine) zijn de basen die hun eerste letter ‘schenken’ aan DNA. De base is dat deel van een nucleotide (dat verder nog bestaat uit een fosfaat- en en suikerdeel) dat bindt: een A aan een T en een C aan een G. Daardoor ontstaat de welbekende DNA-wenteltrap. Alle voor een organisme wezenlijke informatie is in die DNA-letterslang opgeslagen.
Nu heeft een groep onderzoekers rond onderzoeker Shuichi Hoshika bij onderzoeksinstituut Ffame in Florida aan die vier natuurlijke letters er nog eens vier aan toegevoegd: de Z, de P, de S en de B. Ze noemen hun achtletterige DNA hatsjimoji (hatsji schijnt ‘acht’ te zijn’ in het Japans en moji ‘letters’). Hoewel hun DNA onnatuurlijk is, hebben de nieuwe DNA-letters wel dezelfde wezenlijke eigenschappen als de natuurlijke: ze vormen vier complementaire paren via waterstofbruggen, zo bleek uit proeven. De synthetische bouwstenen zijn zo gemaakt dat ze zich naadloos in de natuurlijke dubbelhelix kunnen voegen. De structuur daarvan is regelmatig, zo stellen de onderzoekers.

Mijlpaal

Een mijlpaal, vindt doorgewinterde synbioloog en collega van de Japanse onderzoeker Steven Benner dat. “Schrödinger heeft het al voorspeld (toen de structuur van DNA nog niet bekend was; as): ongeacht welk genetisch polymeer een levensvorm ook gebruikt, de informatie bevattende bouwstenen moeten allemaal dezelfde vorm en grootte hebben.” Die nieuwe DNA-letters zijn ook niet nutteloos. Ze worden netjes overgeschreven in een RNA-molecuul (dat het spiegelbeeld is van het stuk DNA dat gekopieerd wordt) met behulp van een polymerase.
Daarmee voldoet het synthetische DNA aan belangrijke eisen om als bouwsteen in het molecuul des levens te (kunnen) functioneren. ‘Ons’ DNA is niet zaligmakend voor leven. Astrobiologen houden het voor heel wel mogelijk dat elders in het heelal levensvormen bestaan die meer dan vier DNA-letters hebben. Je kunt nog een stapje verder gaan en je afvragen of DNA onontbeerlijk is voor leven.
“Ons onderzoek toont aan dat dat (meer dan vier DNA-letters; as) in elk geval mogelijk is” zegt medeonderzoeker Andrew Ellington van de universiteit van Texas. Dan moet dat DNA in elk geval nog een eigenschap hebben die het achttal-DNA van Hoshika mist: dat moet zichzelf in stand kunnen houden, dat wil zeggen dat het synDNA zichzelf moet kunnen repliceren. Dat lukte het hachimoji-DNA niet zonder hulp van de onderzoekers. Dat komt omdat die Z, P, S en B in de natuur niet voorkomen.

De onderzoekers denken daarom qua toepassingen niet zozeer aan nieuwe levensvormen maar vooral aan gegevensopslag en aan het produceren van nieuwe, niet natuurlijke biomoleculen zoals eiwitten en medicijnen. Het bedrijf Firebird Molecular Sciences, dat deelnam aan het onderzoek, schijnt al volop bezig te zijn met de verwezenlijking daarvan in de praktijk. Er zijn overigens al vaker DNA-moleculen gemaakt met synthetische letters, die ook nog eens dienden als uitgangspunt voor het aanmaken van eiwitten.

Bron: bdw