De drie Israelische onderzoekers (rechts Roy Bar-Ziv, links Eyal Karzbrun en in het midden Alexandra Tayar)

Onderzoekers aan het Weizmann-instituut in Israel rond Roy Bar-Ziv hebben een kunstmatig, netwerkachtig celsysteem gemaakt dat, hetzelfde dynamische gedrag bij de productie van eiwitten vertoont als echte cellen. Voor synthetisch biologen is de creatie van ‘nieuw leven’ weer een piepklein stapje dichterbij gekomen, zo lijkt het. Vooralsnog is het bedoeld om allerlei DNA-constructen te testen in een net-echt-cellensysteem.

Het systeem is ontworpen door twee leerlingen van Bar-Ziv, Eyal Karzbrun en Alexandra Tayar in samenwerking met  Vincent Noireaux van de universiteit van Minnesota (VS). Het gaat om een systeem van meerdere compartimenten, dat is ‘geëtst’ op een biochip. De compartimenten stellen de cellen voor, elk eenduizendste millimeter diep, die verbonden zijn door dunne buisjes. Zo ontstaat een netwerk, waarbij biomoleculen via de buisjes door het systeem kunnen ‘wandelen’. Elk compartiment (=cel) kreeg stukken DNA, die door de onderzoekers waren ontworpen. Voor de aanmaak van eiwitten werd de ‘eiwitfabriek’ van de bekende labbacterie E. coli gebruikt (niet het genoom).
In het DNA hadden de onderzoekers twee  regelgenen ingebracht, die er voor zorgden dat de aanmaak van eiwitten soms aan- en soms werd uitgezet. Hoe lang die periodes duurden was afhankelijk van de ‘cel’. Er werd voor gezorgd dat de ‘cellen’ voldoende voedsel hadden. Vervolgens keken de onderzoekers wat er gebeurde.
De onderzoekers vroegen zich af of de ‘cellen’ onderling communiceren en wisselwerken zoals echte cellen doen. Het bleek dat de geproduceerde eiwitten die door het systeem stroomden, in staat waren de genen te sturen en er voor te zorgen dat er nieuwe eiwitten werden geproduceerd in verderop gelegen ‘cellen’. Dat begint er op te lijken, vinden de onderzoekers. Tayar: “We werken er nu aan een uitbreiding. We willen een proces nabootsen dat zorgt voor patroonvorming, zoals de gestreepte patronen die ontstaan in de embryonale ontwikkeling van een vlieg.”
Dit was slechts een primitieve nabootsing van periodiek celgedrag. “Hiermee kunnen we de relatie bestuderen tussen een ontworpen gennetwerk en de daaruit ontstane eiwitdynamica. Dat is lastig te doen in een levend systeem”, zegt Karzbrun. “Dat tweegenenpatroon is een heel simpel voorbeeld van een celnetwerk, maar nu we weten dat het werkt kunnen we ook ingewikkelder systemen bestuderen. Op een dag, is de bedoeling, kunnen we DNA ontwerpen dat op een echt genoom lijkt.”
Volgens Bar-Ziv kan in het systeem alles gecodeerd worden. “Genen zijn als lego, waar je de verschillende steentjes en onderdelen kunt combineren tot de meest uiteenlopende resultaten. Je kan een regelsysteem van een E. coli-bacterie nemen dat van nature gen x aanstuurt, dat codeert voor een bekend eiwit. Je kunt ook dat zelfde regelsysteem nemen, maar dat met gen y verbinden om dingen teweeg te brengen die van nature niet mogelijk zijn.

Bron: Eurekalert