De ‘nieuwe’ JCVI-syn3.0-bacterie
Onderzoekers zijn al heel lang bezig het minimale genoom te achterhalen. Welk DNA-molecuul bevat net genoeg genen om leven mogelijk te maken. Het J. Craig Venter-instituut slaagde er in 2010 in het genoom van de bacterie Mycoplasma mycoides na te bouwen, maar nu zijn onderzoekers van hetzelfde instituut er in geslaagd een bacterie ’te bouwen’, JCVI-syn3.0 gedoopt, met een zelf ontworpen, minimaal genoom met maar 473 genen (de mens heeft er zo’n 20 000). Het is, zo lijkt het, het eerste kunstmatige genoom, even voorbijgaand aan al die genetisch gemanipuleerde, vooral, micro-organismen die de afgelopen jaren in het lab en bij bedrijven zijn ‘ontwikkeld’. Vooralsnog zit dat nieuwe genoom nog in een van een ander organisme geleende cel.
Er bestaan in de natuur geen levende wezens met minder genen. Dit soort experimenten is bij uitstek geschikt de basisvoorwaarden voor leven te achterhalen, maar ook wat welk gen nu precies uitspookt (dat is ook nog verre van bekend, al wordt daar vaak heel geleerd over gedaan). Ook is zo’n minimaal genoom geschikt om te bekijken of genen in staat zijn andere functies te verrichten en om het ontwerpen van organismen in de vingers te krijgen die louter zijn gericht op de voor de mens aanlokkelijke producten zoals geneesmiddelen of biobrandstof (waarbij het voorvoegsel nadrukkelijk voor leven staat, niet noodzakelijkerwijs natuurlijk leven). “Het is een stap in de richting naar een beter begrip van de werking van levende cellen”, zegt JCVI-onderzoeker Clyde Hutchison. “Als we dat echt begrijpen, dan kunnen we ook cellen efficiënt ontwerpen voor farmaca of andere nuttige producten.” Volgens de illustere synthetisch bioloog George Church is dit onderzoek een mijlpaal voor de wetenschap. “De markt vertelt je of het ook ‘waardevol’ is.”
De synthetische bacterie heeft ten minste 50 genen minder dan het laagterecord van de Mycoplasma genitalium-bacterie (525). De cellen bleken te leven, groeien en te delen en vormden in een petrischaal met voedingsstoffen net als gewone bacteriën kolonies. Het nagebouwde Mycoplasma mycoïdes-genoom, JVCI-syn1.0 gedoopt, had 901 genen. Uitgaande van dat genoom en gebruikmakend van ‘springende genen’ (transposonen) werd dat aantal gereduceerd. Die ‘springende genen’, voor het eerst in 1951 bij maïs ontdekt, voegen zichzelf in het DNA in, waarbij ze genen ‘ontregelen’. Op die wijze achterhaalden de onderzoekers welke genen ze konden missen, zonder dat het (daarbij behorende) organisme zijn ‘levenskracht’ kwijt zou raken. Dat mislukte aanvankelijk. “Elk van onze ontwerpen faalde, omdat we die baseerden op onze bestaande kennis”, zegt de grote baas zelf. Een paar genen die als niet-wezenlijk werden beschouwd, bleken cruciaal omdat die in paren functioneerden. Het organisme overleefde als een van die twee werd verwijderd. Weer wat geleerd.
De grote verrassing was dat van 31% van de ‘essentiële genen’ niet bekend is wat die doen. Venter: “Dat betekent dat we van ongeveer tweederde van de essentiële biologie weten wat het doet, maar we missen eenderde. Dat is een heel belangrijke les.” Het is niet duidelijk hoe die wezenlijke genen zo lang onder de ‘biologische radar’ zijn gebleven. Misschien doen die ‘onbekende’ genen wel nog onbekende dingen. Het is ook mogelijk dat die genen coderen voor bekende functies maar niet lijken op soortgelijke genen van andere organismen. Er valt nog heel wat te leren.
Eerste stap
Die ontdekking is een eerste stap op een nieuwe weg. De JCVI-onderzoekers zijn maar vast begonnen om uit te vinden wat die ‘onbekende genen’ doen. Volgens Drew Endy van de Stanforduniversiteit in Californië heeft het JCVI-onderzoek aan het licht gebracht wat tot nu toe onopgemerkt is gebleven. “We moeten gewoon leren begrijpen hoe de cel werk, van elk molecuul, elk atoom. Dat is een topprioriteit voor de biologie als wetenschap.”
De meeste essentiële genen coderen voor eiwitten die van vitaal belang zijn voor de cel of de betrouwbaarheid van de duplicatie van het DNA controleren, als de cel zich deelt. De andere twee groepen genen met een bekende functie coderen voor eiwitten die in het celmembraan actief zijn of die het het ‘beestje’ mogelijk maken voedingsstoffen om te zetten in energie. Overigens is niet eenduidig wat wezenlijk is. Dat is afhankelijk van de omgeving van het organisme.
De JCVI-syn3.0 werd geproduceerd in een bacterieel luilekkerland met, onder meer, energierijke glucose. Onder minder florissante omstandigheden zouden er extra genen nodig zijn om zich aan het voedselaanbod aan te passen of om zich concurrenten en vijanden van het lijf te houden.
Het ontwikkelen van nieuwe levensvormen wekt bij sommige mensen de niet geheel uit de lucht gegrepen vrees dat de mens voor God gaat spelen, met alle (onvoorziene) gevolgen van dien. Volgens Alistair Elfick, van de universiteit van Edinburgh zijn we nog lang niet zo ver. “Als we voor God spelen dan bakken we er nog niks van. Het simpelweg stroomlijnen van wat er al in de natuur aanwezig is heeft niks Godachtigs en is uiteindelijk een zeer nederig makende oefening.” We zouden ons niet over de kunstmatig cel hoeven op te winden. “Er zijn tal van beestjes nu al in de natuur waar we veel banger voor moeten zijn.”
Voorlopig heeft Elfick gelijk. Het is allemaal nog heel primitief. De onderzoekers hebben geen nieuwe genen gemaakt, alleen bestaande gecombineerd tot een minimumgenoom. De rest van het organisme was afkomstig van een bestaande bacterie. Het genoom is nog steeds gebaseerd op de vier basiskernzuren, dat na ‘constructie’ vervolgens in een ‘leeggehaalde cel werd geïmplanteerd. Om nou te zeggen dat het een bacterie van de tekentafel is? Nee, maar wat niet is kan nog komen. Wanneer? Ik zou het niet kunnen zeggen, maar dat het komt lijkt een niet al te wilde gok.
Bron: New Scientist