Genen met meer zeldzame ‘woorden’ (=codons) in het begin, produceren meer eiwit (groen) dan zonder (rood) (foto: Harvard-universiteit)
Het klinkt simpel: je knutselt wat aan de genen van een bacterie en húp het beestje maakt, om maar wat te noemen, dieselolie. Elk jaar zijn er heel wat dit soort ‘doorbraken’ te melden (ik blijf zelf niet achter). Zo simpel als het klinkt is het meestal niet (dat geldt eigenlijk voor bijna alles in de wetenschap). Dat dieselproducerende beestje is er wel, maar produceert dat slechts in mondjesmaat. De diesel die we verstoken komt nog steeds van aardolie of, soms, van energiegewassen. Onderzoekers van het Wyss-instituut van de Harvard-universiteit denken te weten waaraan het ligt: aan het vouwen van het boodschapper-RNA. Zogeheten zeldzame codons, stukjes DNA, blijken het vouwen te vertragen en poken daardoor de eiwitproductie op. “Dit onderzoek helpt ons bacteriën genetisch beter te modificeren en zo het rendement van bacteriële omzetting te vergroten.”, stelt Don Ingber, oprichter en directeur van het Wyss-instituut.
Dat die beestjes weigeren simpelweg ‘orders’ op te volgen die ze van hun veranderde genen krijgen heeft te maken met een, tot nu toe onontdekt, mechanisme dat bepaalt hoeveel van een bepaald eiwit de bacterie gaat maken. De onderzoekers vonden als ze meer zeldzaam voorkomende codons in het DNA van de bacterie inbouwden, er kennelijk barrières werden opgeheven bij het aanmaken van eiwitten. In biologische termen gaat het dan over de expressie, de activiteit, van de gen. “Nu we begrijpen hoe zeldzame codons de genexpressie sturen, kunnen we beter voorspellen hoe we genen moeten bouwen om enzymen, eiwitten of wat dan ook in de cel te laten maken.”, stelt Sri Kosuri, een van de onderzoekers.
Om eiwitten te maken wordt een deel van het DNA gekopieerd. Het kopie, boodschapper-RNA, bevat, net als het DNA, groepjes van drie DNA-bouwstenen (de codons), die voor een bepaald aminozuur coderen. Er zijn drie keer meer codons dan aminozuren waarvoor gecodeerd wordt, de ene vaker de andere zelden: de zogeheten zeldzame codons, dus. Aminozuren zijn weer de bouwstenen van een eiwit. Het spijt me, maar veel simpeler is het niet. Sommige van die codons komen weinig voor: de zeldzame codons. Het is al eerder geconstateerd dat die zeldzame codons een speciale rol vervullen. Genen met meer zeldzame codons in de buurt van hun begin, blijken meer eiwit te produceren. Waarom dat zo is, is onbekend, maar vele biologen denken dat dat een soort instructie is voor het ribosoom, waar de eiwitten in de cel worden gemaakt. Andere biologen denken aan andere mechanismes, onder meer het vouwen van boodschapper-RNA die een barrière opwerpt in het ribosoom en zo de eiwitproductie vertraagt. De Harvard-onderzoekers hebben met groots opgezet onderzoek proberen te achterhalen hoe het nou zit. Ze maakten zo’n 14 000 stukjes DNA (de ‘punten’ in het plaatje), sommige met veelvoorkomende en sommige met zeldzame codons en ‘implanteerden’ die stukjes in het DNA in verschillende bacteriën. Het bleek, dus, dat de genen met de zeldzame codons aanzienlijk meer eiwit maakten dan zonder. Dat kon wel een factor zestig tot zelfs 100 schelen. Dat onderzoeksresultaat geeft ook voeding aan het idee dat de zeldzame codons zelf zorgen voor de grotere productie en dat er niet iets als het vouwen van het RNA aan te pas komt. Toch vonden de onderzoekers dat hoe meer het RNA zich vouwde hoe minder eiwit er werd gemaakt. Twijfels dus.
Om de zaak eens en voor al op te helderen werd er verder geëxperimenteerd. Het resultaat was nu dat niet de codons, althans niet direct, maar het vouwen van het RNA-molecuul bepalend was voor de eiwitproductie en dat die productie dus beïnvloed kan worden door het vouwen te veranderen. De zeldzame codons beïnvloeden de mate van vouwen van het boodschapper-RNA en daarmee de expressie.
Bron: Eurekalert