Het bouwen van een chromosoom gaat gepaard met veel knip- en plakwerk zoals deze plaatjes duidelijk moeten maken (afb: Science)
Het bouwen van een chromosoom gaat gepaard met veel knip- en plakwerk zoals dit plaatje duidelijk moet maken (afb: Science)
Een internationale onderzoeksgroep heeft vijf chromosomen van bakkersgist helemaal vanaf nul opgebouwd. De dag komt steeds dichter bij dat onderzoekers onderzoekers op de tekentafel ontworpen leven zullen ‘bouwen’. “We doen het vooral omdat we weinig weten hoe cellen in elkaar zitten” zegt geneticus Jef Boeke van de universiteit van New York.
Boeke was onderdeel van de groep wetenschappers die in 2014 konden melden dat ze het eerste chromosoom met veel knip-en-plakwerk van nul af aan had opgebouwd. Nu zijn enkele honderden onderzoekers uit vijf landen bezig om alle 16 chromosomen van de Saccharomyces cerevisiae-gist nucleotide voor nucleotide op te bouwen en te integreren in een gistcel. Inmiddels zijn er al zes gistchromosomen gesynthetiseerd en Boeke hoopt dat de groep de rest voor het eind van 2017 ‘af’ heeft.
Elk synthetisch chromosoom, van tussen de 30 000 en 60 000 DNA-letters (nucleotiden), lijkt grotendeels op de natuurlijke tegenhanger, maar er zitten wat veranderingetjes in. De onderzoekers lieten de ‘springende genen’ weg, die zich kunnen kopiëren en elders in het DNA inbouwen. Die stukjes DNA zouden voor mutaties kunnen zorgen. Ook lieten de onderzoekers delen weg die meermalen in een chromosoom voorkwamen.
Ze voegden ook merktekens en stukjes ‘gereedschap’ in om de bewerking later eenvoudiger te maken. Boeke: “Dit is, denk ik, het slimste stuk van het ontwerp. Daarmee kan je, in wezen, miljoenen varianten van het oorspronkelijke genoom maken.”
Als stukjes synthetisch DNA werden ingebracht in gistcellen, dan zocht het eigen DNA de overeenkomstige stukjes op in het syntetische DNA.
Eukaryoot
Gistcellen zijn, net als mensencellen, eukaryoten. In dat type cel wordt het DNA in een kern bewaard. Uiteindelijk zal het er wel van komen dat ook van ingewikkelder organismen dan gisten de chromosomen worden gesynthetiseerd, verwacht Boeke, macht dat ligt volgens hem nog in een verre toekomst.
Bronnen: New Scientist, Science News
Literatuur
S.M. Richardson et al. Design of a synthetic yeast genome. Science. Published online March 9, 2017. doi: 10.1126/science.aaf4557.
G. Mercy et al. 3D organization of synthetic and scrambled chromosomes. Science. Published online March 9, 2017. doi: 10.1126/science.aaf4597.
L.A. Mitchell et al. Synthesis, debugging, and effects of synthetic chromosome consolidation: synVI and beyond. Science. Published online March 9, 2017. doi: 10.1126/science.aaf4831.
Z-X. Xie et al. “Perfect” designer chromosome V and behavior of a ring derivative. Science. Published online March 9, 2017. doi: 10.1126/science.aaf4704.
Y. Shen et al. Deep functional analysis of synII, a 770-kilobase synthetic yeast chromosome. Science. Published online March 9, 2017. doi: 10.1126/science.aaf4791.
Y. Wu et al. Bug mapping and fitness testing of chemically synthesized chromosome X. Science. Published online March 9, 2017. doi: 10.1126/science.aaf4706.
L.M. Zahn and G. Riddihough. Building on nature’s design. Science. Published online March 9, 2017. doi: 10.1126/science.aam9871.
W. Zhang et al. Engineering the ribosomal DNA in a megabase synthetic chromosome. Science. Published online March 9, 2017. doi: 10.1126/science.aaf3981.