Het RTX-enzym. De met rood aangegeven veranderde aminozuren zijn essentieel voor de controle, roze stukken zijn belangrijk. RNA is geel en DNA is in blauw aangegeven (afb: univ. van Texas)
Het systeem dat leven heet zit fabelachtig in elkaar, maar is niet zonder weeffouten. Zo’n driemiljard jaar geleden zou een ‘fout’ zijn ontstaan in de manier van aflezen van genetische informatie van RNA, die ons nog steeds parten speelt. Terwijl de enzymen die DNA dupliceren, de DNA-polymerases het kopie nauwkeurig vergelijken met het origineel, doen zogeheten reverse transcriptases, die RNA omzetten in DNA, dat niet. Onderzoekers van de universiteit van Texas hebben een enzym gefabriceerd, RTX gedoopt, dat die fout repareert. Daarmee zouden RNA veel beter dan tot nu toe kunnen worden afgelezen. Dat zou de mogelijkheden van persoonsgerichte medicatie aanzienlijk vooruithelpen.
Een van de mooie eigenschappen van DNA-polymerases is dat die nauwkeurig controleren of het gekopieerde DNA overeenkomt met het kopie. Dat zorgt er voor dat er steeds nauwkeurige kopieën van DNA gemaakt worden bij het delen van cellen. Die foutencontrole ontbreekt bij enzymen die zo’n driemiljard jaar geleden zouden zijn ontstaan en omgekeerde (reverse) transcriptases worden genoemd. Die enzymen kopiëren RNA naar DNA. Ze worden vooral gebruikt door zogeheten retrovirussen zoals hiv. Dat probleem is nu opgelost door de onderzoekers van de universiteit van Texas onder aanvoering van Andrew Ellington. Zij transformeerden een polymerase in een reverse transcriptase die die controle wel uitvoert.
Vermenigvuldiging
Het aflezen van RNA in een cel voor onderzoek gebeurt normaal gesproken door dat molecuul om te zetten in DNA. De DNA-stukjes worden dan vermenigvuldigd met behulp van de polymerasekettingreactie, waarbij ook alle fouten worden vermenigvuldigd. Het nieuwe enzym zou de analyse van allerlei processen in die in een cel verlopen aanzienlijk verbeteren, verwachten onderzoekers.
De omgekeerde transcriptases katalyseren bijna dezelfde reacties als polymerases. Beide enzymen verbinden nucleotiden aan de hand van het te kopiëren stuk RNA/DNA. Alleen het te kopiëren molecuul verschilt. Daarom dachten de onderzoekers ook dat het mogelijk moest zijn uitgaande van een polymerase een transcriptase te maken.
Om dat voor elkaar te krijgen riepen ze de hulp in van de welbekende Escherichia coli-bacterie en voedde die met willekeurig veranderde DNA-polymerases. Vervolgens voegden ze RNA-nucleotiden in stukken DNA die normaal coderen voor DNA-polmerases, waardoor de bacteriecellen polymerases gingen aanmaken met de functies van reverse transcriptases. Dat proces werd herhaald met steeds meer RNA-nucleotides net zo lang tot de DNA-polymerases die de bacterie produceerde RNA-moleculen aflazen, waarbij het kopie werd gecontroleerd op fouten (zoals DNA-polymerases doen). Dat hield in dat de DNA-polymerase/reverse transcriptase zo’n twaalf aminozuren verschilt van het oorspronkelijke DNA-polymerase van de bacterie.
Foutgevoelig
Het onderzoek zou ook een eind gemaakt hebben aan een lang bestaand dispuut in de evolutionaire biochemie, hoe het komt dat de reverse transcriptases zo foutgevoelig zijn, terwijl de DNA-polymerases zo accuraat werken. Dat slordige kopieerwerk van reverse transcriptases, waar retrovirussen gebruik van maken, zou evolutionaire voordelen hebben voor de organismen die daar gebruik van maken. Het humaan-immuundeficiëntievirus (hiv) dat reverse transcriptases gebruikt om eigen RNA omgezet in DNA te plakken in het genoom van de gastheercel. Doordat dat RNA voortdurend wisselt, blijft het virus het afweersysteem van de gastheer steeds een stap voor in een eeuwigdurende wapenwedloop. Het onderzoek zou ook aannemelijk hebben gemaakt dat het toepassen van andere kernzuren dan RNA mogelijk moet zijn, misschien zelfs synthetische, al is het de vraag of we dat moeten willen.