Bacterie met ingebouwde handboeien

Een nieuwe genetisch gemodificeerde bacterie kan alleen overleven op een synthetische voedingsstof. Mocht hij ontsnappen, dan gaat hij meteen dood.

Synthethisch biologen ontwerpen compleet nieuwe bacteriën. Ze bouwen zoveel moleculaire afhankelijkheid in dat de bacterie niet kan ontsnappen.
Synthethisch biologen ontwerpen compleet nieuwe bacteriën. Ze bouwen zoveel moleculaire afhankelijkheid in dat de bacterie niet kan ontsnappen. Illustratie Spencer Katz

Wasmiddelenenzymen, antibiotica, penicilline, bioplastic. Genetisch gemodificeerde bacteriën en schimmels produceren honderden nuttige stoffen voor ons. De kans op ontsnapping uit reactorvaten is klein. Maar soms kan een medewerker per ongeluk wel eens wat knoeien en dan zijn laboratoriumjas laten slingeren, of vergeten zijn handen te wassen. En misschien weet zo’n reactororganisme zich dan wel eens te verspreiden.

Om dat risico te verminderen, hebben synthetisch biologen nu industriële bacteriën gemaakt die buiten de kweekreactor of reageerbuis kansloos zijn. Ze kunnen namelijk alleen nog groeien op een bepaalde, synthetische voedingsstof die in de natuur niet voorkomt: een aminozuur met de naam BipA (bifenylalanine).

Twee onafhankelijke Amerikaanse onderzoeksgroepen beschrijven deze week in Nature hoe ze hiervoor de genetische machinerie hebben veranderd van ‘hun’ bacterie: een aantal essentiële eiwitten kunnen in die bacterie alleen nog functioneren als ze een vreemd aminozuur krijgen ingebouwd (aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten).

Al sinds de jaren negentig komen laboratoria met technieken om ongewenste verspreiding van gemanipuleerde bacteriën of planten te voorkomen. Bijvoorbeeld door een gen in te bouwen dat bij kou de vermeerdering gaat blokkeren, of voor een dodelijke stof gaat zorgen. Maar zo’n enkel ingebouwd ‘veiligheidsgen’ – bestaande uit een paar duizend basenparen (letters) – kan gemakkelijk via spontane mutaties of DNA-overdracht verdwijnen. Het DNA verandert immers voortdurend.

Om dit te ondervangen pakten de teams van George Church en Farren Isaacs (Yale University) het grondiger aan. In hun nieuwe bacteriën, laboratoriumvarianten van de darmbacterie Escherichia coli, veranderden ze enkele miljoenen letters, verspreid over het hele DNA. Echt nieuw is hun truc om een zogenoemd stopcodon, een erfelijkheidsmolecuul met de code, ‘Stop hier met eiwit maken’, te veranderen in een codon met de boodschap ‘Bouw hier dit vreemde aminozuur in’.

Volgens George Church is zijn methode zo veilig omdat de bacterie vele veranderingen over het hele DNA moet terugdraaien, om die ingebouwde veiligheidstruc te omzeilen. „De kans dat dit lukt is verwaarloosbaar.”

De kans dat zo’n bacterie ontsnapt is inderdaad kleiner, denkt biotechnologieconsultant Huib de Vriend. „Maar om dit zeker te weten, moeten er meer experimenten mee worden gedaan”, vindt hij. „De Amerikanen vonden na twee weken testen geen bacterie die de genetische ingreep had teruggedraaid. Maar hoe is dat na een jaar?”

Wereldwijd worden ook micro-organismen gemodificeerd om buiten reactoren hun werk te doen, bijvoorbeeld bacteriën die in darmen ontstekingsremmers produceren, in bodems giftige stoffen afbreken, of bij plantenwortels voor betere gewasgroei zorgen. Nu worden gemanipuleerde ‘buitenwerkers’ nog niet gebruikt vanwege de kans op ongewenste vermeerdering.

Church denkt dat zijn technologie de acceptatie ervan zal vergroten. De Vriend betwijfelt dit. „Veel mensen vinden het nog steeds eng klinken: genetische modificatie. Een fundamenteel probleem is ook dat mensen niet zelf kunnen controleren of deze nieuwe organismen nu echt veiliger zijn. Wie kan die synthetische biologie nog volgen?”

De Amerikanen zien een bijkomend commercieel voordeel van hun techniek voor biotechnologische bedrijven. Door de mix van benodigde synthetische voedingsstoffen geheim te houden, wordt het voor concurrenten moeilijker diezelfde bacteriën illegaal te kweken. Het team uit Harvard verbetert zijn bacterie nu verder door hem in plaats van een, van zeven verschillende vreemde voedingsstoffen afhankelijk te maken. Intussen hebben de teams deze nieuwe type organismen ook een eigen naam gegeven: Genetically Recoded Organisms (GRO’s): door de mens opnieuw gecodeerde organismen.