Een getekende impressie van het gesynthetiseerde chromosoom van bakkersgist. Met geel zijn de stukken aangeduid die van het natuurlijke chromosoom zijn weggelaten, de witte stippen en de spelden geven de toegevoegde genen aan.

Voor het eerst hebben onderzoekers onder aanvoering van Jef Boeke van de universiteit van New York een synthetisch chromosoom gebouwd, dat geïnspireerd is op dat van bakkersgist (Saccharomyces cerevisia). Het synthetische chromosoom III (synIII gedoopt), dat afwijkt van het natuurlijke, zou volledige functioneel zijn. In 2010 synthetiseerden onderzoekers van het J. Craig Venter-instituut al een volledige DNA-streng in het lab, maar daarbij ging het om een bacterie. Een gist is een zogeheten eukaryoot, net zoals de  mens. Eukaryote cellen hebben een celkern. Bakkersgist heeft 16 chromosomen, waarvan chromsoom III een van de kleinste is. De gebeurtenis wordt gezien als mijlpaal in de nog jonge wetenschap van de synthetische biologie.
Het zeer uitgebreide onderzoeksteam, het artikel in Science is getekend door meer dan 80 auteurs, heeft eerst op de computer een bouwplan gemaakt. Hoewel het oorspronkelijke chromosoom niet erg groot is, bestaat het uit bijna 320 000 nucleotiden (maal 2; de strengen zijn gepaard). Wat Boeke en zijn mede-onderzoekers hebben gemaakt is wat kleiner: iets meer dan 270 000 nucleotiden. Een menselijk chromosoom is zo’n 50 keer groter. Het kleine mannelijke Y-chromosoom bevat nog altijd bijna 60 miljoen basenparen.

Eerst verwijderden de onderzoekers op de computer alle zich herhalende informatie. Die is niet nodig voor de groei en voortplanting. Ook werd het DNA genegeerd dat niet voor eiwitten codeert, dat deel wat vroeger, geheel ten onrechte, junk- of troep-DNA werd genoemd. Vervolgens werden er stukken toegevoegd, bij wijze van ‘geurvlaggen’ van de makers. Er zou een jaar gediscussieerd zijn in de groep welke veranderingen er zouden moeten worden aangebracht. “Een genoom veranderen is een kansspel”, zegt Boeke. Zo’n verandering kan dodelijk voor de cel zijn. “Wij hebben de DNA-code 50 000 maal veranderd en de gist leeft nog.” Zo’n 60 studenten hebben wat op de computer is ontworpen vervolgens in het lab ‘nagebouwd’. Synthetisch vervaardigde stukjes DNA werden aan elkaar geplakt en de gistcel ingesluisd.
Daarna werd onder verschillende omstandigheden (temperatuur, zuurgraad e.d.) gekeken hoe snel de van het nieuwe chromosoom voorziene gist zich vermeerderde. Ook werd gecontroleerd of het nieuw chromosoom werd doorgegeven aan het nageslacht. Na 125 delingen bleek dat nog steeds zoals de onderzoekers gehoopt hadden (ja dus).

Met de synthetisering heeft de gist ook nieuwe eigenschappen gekregen, want uiteindelijk is de synthetisering van erfgoed er op gericht levende cellen iets anders te laten doen of zich anders te laten gedragen dan de natuurlijke cellen (organismen). De onderzoekers kunnen vrij gemakkelijk uitproberen welke genvarianten wat op zouden kunnen leveren. Zo zou bakkersgist medicijnen kunnen maken. “Je kunt allerlei onnatuurlijke dingen maken in cellen door de eiwitten onnatuurlijke dingen te laten doen”, zegt Boeke. “We combineren scheikunde en biologie.”
De synthese van nieuw erfmateriaal van de gist, dat zo’n zeven jaar onderzoek in beslag heeft genomen, is de eerste stap naar het echte grote werk: het bouwen van volledig nieuw leven met in de natuur onbekende en ongekende mogelijkheden.

Bronnen: Der Spiegel, New Scientist