BACTERIE MAAKT ZIJN EIGEN ONNATUURLIJKE 21STE AMINOZUUR

Vrijwel al het leven in de natuur maakt eiwitten met maximaal 20 verschillende genetisch gecodeerde aminozuren. Onderzoekers onder leiding van Peter Schultz van het Scripps Research Institute in La Jolla, Californië, hebben nu een bacterie gecreëerd die een eenentwintigste aminozuur kan maken en dat ook kan inbouwen in zijn eiwitten. Het aminozuurrepertoire van deze E. coli-bacterie is nu dus uitgebreid met het niet in de natuur voorkomende aminozuur p-aminofenylalanine (Journal of the American Chemical Society, 29 jan).

Het vereiste aardig wat genetisch knip- en plakwerk om een Escherichia coli-bacterie een niet-natuurlijk aminozuur te laten opbouwen uit in de cel voorkomende koolstofcomponenten en het product dan vervolgens in eiwitten te laten inbouwen. Schultz en zijn medewerkers leenden een transfer-RNA (tRNA) van het micro-organisme Methanococcus janaschii. Elk aminozuur heeft zijn eigen specifieke t-RNA, dat helpt het juiste aminozuur bij de eiwitproductie af te leveren. Het kostte de Amerikanen vijf jaar proberen voordat zij erin slaagden de code van het Methanococcus tRNA naar hun wens te veranderen. Niet langer leverde dit tRNA zoals normaal het aminozuur tyrosine aan, maar in plaats daarvan was het specifiek gemaakt voor p-aminofenylalanine.

De volgende stap was de bacterie het benodigde p-aminofenylalanine zelf te laten produceren. Dat is nu ook gelukt nadat Schultz en zijn team de genetische informatie van drie enzymen uit de bacterie Streptomyces venezuelae aan hun proefbacterie toevoegden. In drie stappen maakt de aangepaste bacterie nu uit het molecuul chorismaat een voorloperaminozuur van p-aminofenylalanine. Natuurlijke enzymen van E. coli maken het karwei af door aan het reactieproduct nog een tweede aminogroep te koppelen.

De Amerikanen denken hun methode om kunstmatige aminozuren in te bouwen nuttig te kunnen aanwenden door ook te proberen aminozuren met nieuwe functionele groepen in natuurlijke eiwitten in te bouwen. Zo zouden ze bijvoorbeeld een fluorescerende zijketen ìn het eiwit kunnen bouwen, zonder dat dit al te veel invloed heeft op de biologische activiteit van dat eiwit. Daardoor kan het lot van een eiwit binnen de cel beter gevolgd worden dan nu mogelijk is.

De natuur is Schultz en de zijnen overigens al voor geweest. Enkele organismen zijn er van nature in geslaagd om boven de 20 vaste aminozuren uit te komen. In 1986 werd ontdekt dat bepaalde bacteriën en (ook menselijke) mitochondriën het aminozuur selenocysteïne in hun genetische code hebben vastgelegd. En in 2001 ontdekten biologen dat het micro-organisme Methanosarcina barkeri een code heeft om het aminozuur pyrrolysine in zijn eiwitten te incorporeren.

Om te voorkomen dat de nieuw gecreëerde bacterie uit het lab kan ontsnappen hebben de onderzoekers hem kreupel gemaakt; de bacterie is door een genetische ingreep niet langer in staat het aminozuur leucine aan te maken, en kan daardoor alleen overleven in een voedingsbodem waaraan leucine is toegevoegd.