Fruitvlieg krijgt opgerekt DNA

Fruitvlieg krijgt opgerekt DNA

De genetische code van de fruitvlieg is gehackt. Britse wetenschappers breidden zijn DNA uit met de code voor nieuwe, onnatuurlijke aminozuren. Hierdoor maken de beestjes nu eiwitten met eigenschappen die niet bestaan in onze wereld.

Synthetisch biologen van het Medical Research Council Laboratory of Molecular Biologyin Cambridge (Verenigd Koninkrijk), geleid door Jason Chin, gaven een stukje DNA van de fruitvlieg een nieuwe functie, waardoor het diertje onnatuurlijke aminozuren inbouwde in zijn eiwitten. Dat schreven zij onlangs in het tijdschrift Nature Chemical Biology.

Code

Het DNA van al het leven op aarde bestaat uit vier letters, A, C, T en G. Deze code wordt eerst omgeschreven naarmRNA en wordt vervolgens door de eiwitfabriekjes van de cel, oftewel ribosomen, vertaald naar eiwit. De ribosomen lezen het mRNA af als een serie woorden van drie letters:codons. Elk codon bevat de instructie voor het type aminozuur dat als volgende door het ribosoom aan de groeiende eiwitketen wordt geregen. Het juiste aminozuur wordt in de cel opgepikt door het transportmolecuul tRNA.

In levende cellen komen twintig soorten aminozuren voor. Van de 64 mogelijke codons zijn er 61 die een aminozuur aangeven – dat betekent dat meerdere verschillende codons voor hetzelfde aminozuur coderen. De andere drie codons zijn stopsignalen waardoor de bouw van het eiwit eindigt.

Dat ons lichaam zelf maar twintig aminozuren kent, daar laten wetenschappers zich niet door tegenhouden. Ze worden steeds beter in het knutselen van synthetische aminozuren die niet in de natuur voorkomen. Met zulke aminozuren kan je in principe eiwitten ontwerpen met allerlei handige nieuwe eigenschappen.

Gezonde vlieg

De Britse onderzoekers hebben eerder bacteriën en wormpjes al aangezet onnatuurlijke aminozuren in hun eiwitten in te bouwen. Dat dit nu ook werkt bij fruitvliegen is een sprong voorwaarts. Fruitvliegen zitten veel ingewikkelder in elkaar dan wormpjes. Ze hebben meer zenuwcellen, kunnen leren, en vertonen allerlei verschillende soorten gedrag. Biologen zijn goed bekend met het beestje, vooral sinds zijn genoom – de volledige genetische code – tot in detail is uitgeplozen. Daarnaast zijn de technieken om de genen van de fruitvlieg te veranderen ondertussen gemeengoed geworden.

Chins team heeft de grenzen van wat genetisch gezien mogelijk is weer een stukje opgerekt. De wetenschappers gingen als volgt te werk. Eerst gaven ze één van de drie stopcodons een nieuwe functie: in plaats van te dienen als stopsignaal wordt als reactie op het aflezen van dit codon een onnatuurlijk aminozuur ingebouwd. Dit aangepaste codon voegden ze op een strategische plek in in een gen. Werd het mRNA van dit gen vertaald, dan belandde op de plaats van het aangepaste codon een synthetische aminozuur, terwijl de rest van de aminozuurvolgorde ongewijzigd bleef.

Aangezien de vliegen zelf natuurlijk geen synthetische aminozuren maken, kregen ze deze door hun eten gemengd. De nieuwe aminozuren belandden vanzelf in de cellen van het insect. Daar werden ze opgepikt door tRNA-moleculen, die genetisch aangepast waren om deze nieuwe aminozuren te herkennen.

Na alle ingewikkelde genetische hocus pocus fabriceerden de vliegen uiteindelijk eiwitten met her en der een onnatuurlijk aminozuur erin. Hoe ze daarop reageerden? Het kon ze geen klap schelen. Hun gezondheid bleef in orde en de beestjes kregen zelfs gezonde larven die zelf ook synthetische eiwitten maakten.

Kogelvrije vlieg?

Tot nu toe geen indrukwekkende nieuwe superkrachten voor de vlieg: de nieuwe eiwitten deden helemaal niks. En dat was precies de bedoeling. Als je wil dat de vliegen vreemde synthetische eiwitten gaat maken, die ze inbouwen in hun lijf, dan is het al een overwinning als het beestje blijft leven. Dat bewijst dat het principe werkt.

Het feit dat de synthetische eiwitten niet nadelig lijken voor de vlieg, is een hint dat de techniek met andere, nuttige eiwitten ook moet werken. Bijvoorbeeld eiwitten waardoor de gezondheid en levensduur van de insecten verbetert. Op den duur kunnen de biologen wellicht organismen maken met compleet nieuwe eigenschapen.

Maar volgens Chin, zo laat hij aan het tijdschrift New Scientist weten, ligt die toepassing waarschijnlijk nog jaren ver van nu: “We gaan op de korte termijn geen kogelvrije vliegen of iets in die geest maken.”

Bron:

Ambra Bianco e.a. Expanding the genetic code of Drosophila melanogaster. Nature Chemical Biology, 5 augustus 2012 (online).

Dit nieuwsbericht verscheen 17 augustus 2012 op Kennislink

Reageer