De natuur voorbij

Bacterie produceert onnatuurlijke eiwitten na aanpassing van DNA-code

Biotechnologen zijn erin geslaagd om bacteriën eiwitten te laten produceren die niet in de natuur voorkomen. Een Amerikaans onderzoeksteam, onder leiding van George Church, heeft hiervoor de genetische code van de micro-organismen drastisch herschreven (Science, 18 oktober). Het uitzicht is om zo hele nieuwe materialen en moleculen te kunnen bouwen.

De genetische code bevat de instructies voor hoe genen in eiwitten moeten worden vertaald. DNA bestaat uit een lange aaneenschakeling van nucleotiden, waarvan er vier zijn – aangegeven met de letters A, C, G en T. Elke opeenvolgende combinatie van drie nucleotiden (een ‘codon’) wordt omgezet in een aminozuur. De lettercombinatie ‘GCC’ staat bijvoorbeeld voor alanine. Zo zijn er 64 codons mogelijk, waarvan sommige tot hetzelfde aminozuur leiden. In totaal zijn er 20 aminozuren. Aaneengeregen vormen aminozuren een eiwit.

De genetische code is universeel: elk organisme op aarde, van eik tot olifant, vertaalt DNA in aminozuren volgens hetzelfde recept.

Maar het team van Church is erin geslaagd die te veranderen. In het DNA van de bacterie E.coli knipten ze overal het codon TAG eruit, en vervingen dat door TAA. TAG kwam in totaal 321 keer voor. Allebei de codons zijn zogeheten stopcodons: ze markeren het einde van een snoer aminozuren.

Vervolgens pasten de moleculair biologen de machinerie van de cel aan die codons vertaalt in aminozuren. Ze zorgden ervoor dat het codon TAG werd vertaald in een nieuw, onnatuurlijk aminozuur.

Bijzonder aan de aanpak van Church is dat hij en zijn team de 321 codons niet in één keer, maar parallel uit het genoom van E. coli verwijderen. In verschillende bacteriestammen werden andere setjes codons weggehaald. Pas later werden die stammen gekruist en hun mutaties in één bacterie bij elkaar gebracht.

DNA-synthesizer

Church had ook een andere route kunnen kiezen, de route die zijn concurrent Craig Venter neemt. Venter probeert van de grond op een genoom te laten maken door een DNA-synthesizer. Maar Church gelooft dat zijn aanpak efficiënter is.

De onderzoekers hopen met deze aangepaste bacteriën nieuwe materialen en moleculen te maken. Ze denken aan toepassing in medicijnen, plastics, brandstoffen, noem maar op. Wat ze nu al hebben aangetoond is dat de opnieuw geprogrammeerde bacteriën resistenter zijn tegen virussen. Normaal kapen de virussen de cellulaire machinerie van de bacteriën om eindeloos veel kopieën van zichzelf te maken. Dat lukt hen niet langer, omdat hun genetische code niet meer overeenkomt.

In een tweede onderzoek, dat tegelijkertijd in Science verscheen, laten dezelfde onderzoekers zien dat de wisseltruc ook voor andere codons werkt. Voor deze studie vervingen ze deels 13 codons, die voor verschillende aminozuren coderen.