Bacterie gehackt met een samengeknoopt ribosoom

Biologen knutselden een synthetisch ribosoom in elkaar. Om ongewone eiwitten te kunnen produceren.

Twee ribosoomdelen zijn met een stukje RNA (rood) aan elkaar geknoopt. Illustratie Erik Carlson

De bacterie is gehackt: biologen kunnen bacteriën nu exotische eiwitten laten maken, zonder de natuurlijke eiwitproductie van de bacterie te verstoren.

Amerikaanse biologen van de University of Illinois speelden dat klaar door bacteriën uit te rusten met nieuwe ribosomen. Ribosomen zijn de eiwitfabrieken van de cel. Het nieuwe ribosoom bestaat uit twee bestaande ribosoomdelen die de onderzoekers aan elkaar knoopten. Gisteren beschreven ze hun vondst in Nature.

Alle levende wezens dragen tienduizenden ribosomen in hun cellen. Die ribosomen maken eiwitten. Eiwitten zijn de moleculen die een cel draaiend houden: het kunnen bouwmaterialen, signaalstoffen, transportmoleculen en enzymen zijn. Mensen maken tienduizenden verschillende eiwitten. De informatie voor al die eiwitten ligt opgeslagen in het DNA. Ribosomen vertalen die genetische informatie in een werkend eiwit. RNA fungeert daarbij als boodschapper tussen het DNA en het ribosoom.

Een natuurlijk ribosoom bestaat uit twee onderdelen: een groot en een klein deel. Het kleine ribosoomdeel is een vertaalmachientje. Het leest RNA uit en trekt een transportmolecuul met een aminozuur aan. Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten. Het grote ribosoomdeel smeedt deze aminozuur aaneen tot een eiwit.

Synthetisch biologen dromen al jaren van een zelfgemaakt ribosoom. Terwijl de oorspronkelijke ribosomen standaardeiwitten blijven maken, zou het alternatieve ribosoom eiwitten kunnen maken met aminozuren die niet in de natuur voorkomen, die bijvoorbeeld fluoresceren of de activiteit van het eiwit veranderen.

Maar de gespleten samenstelling van het ribosoom was altijd een obstakel. Aan het kleine ribosoomdeel is wel gesleuteld, maar die werd daarna altijd gekoppeld aan het natuurlijke grote deel.

De Amerikanen bedachten een simpele oplossing: ze hechtten de twee ribosoomdelen aan elkaar, met een stukje RNA. Dat stukje is lang genoeg om de afzonderlijke delen wat speling te geven bij het aflezen en het aan elkaar koppelen van aminozuren.

Dat dit samengestelde ribosoom werkt als normaal, toonden de onderzoekers aan door álle duizenden ribosomen in een E.coli-bacterie te vervangen met hun zelf ontworpen ribosoom. De bacteriën bleven gewoon in leven, ze groeiden hooguit wat trager dan normaal.

De biologen lieten ook zien dat ze het ribosoom verder kunnen aanpassen. Ze maakten hun ribosomen resistent voor een specifiek antibioticum. Dit antibioticum legde daarna de natuurlijke ribosomen stil, terwijl de alternatieve ribosomen bleven draaien.

„Een huzarenstukje”, vindt Arnold Driessen, hoogleraar moleculaire microbiologie in Groningen. „Op papier lijkt dit simpel, maar het is erg moeilijk om te realiseren.”