Gist 2.0 heeft kunst-DNA dat door mensen is bijgeschaafd

Kunstmatig leven

Het miljoenenproject om een geheel kunstmatige gistcel te bouwen is al ver gevorderd. Zo’n 60 procent van het DNA-pakket is af. Dit zou ook de deuren kunnen openen naar meer kennis over het DNA-pakket van de mens.

Biotechnologen nemen het DNA van gist onderhanden alsof ze een matig geschreven rapport bijschaven. Donderdag maakte een onderzoeksteam van 200 wetenschappers in Science bekend dat ze flink vorderen met het kunstmatig nabouwen én aanpassen van het hele DNA-pakket van gist.

Het project, dat in 2007 begon, is een van de meest vergaande biotechnologische onderzoeksprogramma’s ter wereld. Het team maakte donderdag bekend dat het ontwerp van de synthetische gist is afgerond, en dat 6 van de 16 kunstmatige chromosomen zijn gemaakt.

Die synthetische, aangepaste chromosomen werken zo goed, dat ze normaal – en soms bijna normaal – meedraaien in levende gistcellen. De vorderingen zijn in detail beschreven in zeven wetenschappelijke artikelen. In een bijgaand commentaar concluderen twee vakgenoten: „Het ontwerp van de synthetische chromosomen was niet perfect, maar wel bijna.”

Het uiteindelijke doel, dat binnen enkele jaren bereikt moet zijn, is het bouwen van een brouwers- en bakkersgist (Saccharomyces cerevisiae) met een volledig synthetisch DNA: ‘Sc 2.0’. Genetisch veranderde gisten worden nu al gebruikt om enzymen, smaakstoffen en medicijnen te maken, en met een designer-gist worden die toepassingen nog veel breder.

Bovendien functioneren gistcellen grotendeels op dezelfde manier als die van dieren of planten. Door de genetische code van een gist van a tot z te verbouwen en te testen hoe zo’n cel groeit, wordt kennis vergaard over het DNA-pakket van álle complexe cellen. Inclusief de mens.

De natuur is bij de verbouwing het uitgangspunt, maar ook niet meer dan dat. De DNA-code van gist wordt versimpeld, rommelige en langdradige passages worden opgestrakt. Het DNA-pakket van de designer-gist zal daardoor 8 procent kleiner worden dan van natuurlijke gist.

Een andere belangrijke ingreep is dat er ‘lassen’ in het DNA worden ingebouwd, die via een chemisch commando geopend kunnen worden. Daarmee is het gist-DNA simpel door elkaar te husselen voor experimenten. De biotechnologen zijn ook bezig om genetische functies te verplaatsen naar een nieuw, niet in de natuur bestaand chromosoom, omdat dat het DNA-pakket „stabieler” zou maken.

Het team presenteerde in 2014 al een gistcel met één synthetisch chromosoom. Verschillende instituten in de VS, China, het Verenigd Koninkrijk en Australië zijn inmiddels ingestapt. Zij bouwen elk één of meer chromosomen. Het project is duur; het synthetisch DNA kost 1,25 miljoen dollar en het onderzoek „veel meer”.

Uit een congresverslag van december blijkt dat het project alweer verder gevorderd is dan de resultaten die nu in Science staan: meer dan 60 procent van het DNA-pakket is af. Ook hebben de onderzoekers bij wijze van experiment meerdere chromosomen aan elkaar geplakt.

Eén van de onderzoeksleiders, Jef Boeke van New York University, zegt in een persbericht te verwachten dat de eerste gistcel met een volledig synthetisch DNA al „tegen het einde van dit jaar” klaar is. Onderzoeksleider Joel Bader, van Johns Hopkins University, is in een afzonderlijk persbericht voorzichtiger. Hij meldt dat hij „hoopvol is dat binnen twee jaar ieder synthetisch chromosoom is ingebracht in een gistcel”. Dat is iets anders dan dat zo’n cel functioneert met een volledig kunstmatig DNA-pakket.

Het project van Boeke en Bader staat echter niet op zichzelf: het verenigt twee belangrijke trends in de ‘synthetische biologie’. Biotechnologie-ondernemer Craig Venter bouwde de eerste bacterie met een synthetisch DNA-pakket, en presenteerde in 2016 een uitgeklede, gestroomlijnde versie. En een team rond Harvard-biotechnoloog George Church is bezig om de DNA-code radicaal te redigeren, bij de bacterie E. coli.

Afgelopen juni kondigden Boeke en Church alvast een ambitieus vervolgproject aan in Science. Het doel van het ‘Human Genome Project-Write’ is om het DNA van de mens synthetisch te gaan nabouwen. Het menselijk DNA-pakket is echter 250 maal zo groot als dat van gist, wat de kosten al gauw zal doen oplopen boven een miljard euro. Naar financiering wordt nog gezocht.

    • Hester van Santen