Grotere gereedschapskist

Grotere gereedschapskist

Een timmerman heeft een uitgebreide gereedschapskist nodig met tenminste een zaag, schroevendraaier en spijkers. Dat geldt ook voor synthetisch biologen. Zij willen geen meubels bouwen maar genetische circuits om een cel nieuwe functies te geven. Maar er zijn te weinig genetische bouwblokjes. Amerikaanse onderzoekers brengen daar met nieuwe kunstmatige eiwitten verandering in.

Het is de missie van synthetisch biologen: op kunstmatige wijze cellen voorzien van nieuwe eigenschappen met als doel problemen op het gebied van geneeskunde, energie en het milieu op te lossen. Dat doen ze door genetische bouwblokjes – stukjes DNA-sequentie – te monteren in zogenaamde ‘circuits’. Die circuits vervullen vervolgens allerlei werkzaamheden in een levende cel. Maar voor het ontwerpen van nieuwe celfuncties zijn veel bouwblokjes nodig. En die waren er niet.

Om succesvolle circuits te bouwen zijn er veel meer bouwblokjes nodig. Biomedische ingenieurs van deBoston Universiteit bedachten een nieuwe methode om dit aantal omhoog te brengen. Dat geeft synthetisch biologen een grotere gereedschapskist om ingewikkeldere circuits mee in elkaar te zetten, schrijven zij deze week in de online-versie van het tijdschrift Cell.

Genetische circuits

Om een nieuwe celfunctie te bouwen moet je alle onderdelen van een genetisch circuit in de hand hebben. Niet alleen de genen, maar ook de regeleiwitten die de genen aan en uit zetten. In een levende cel zijn de eiwitten genaamd transcriptiefactoren hiervoor verantwoordelijk. Tot nu toe bouwden wetenschappers hun synthetische circuits met transcriptiefactoren van bacteriën.

Dat werkt goed om bacteriën van nieuwe eigenschappen te voorzien. Maar voor de wat meer ingewikkelde cellen zoals gisten – eencellige schimmels – zijn die bacteriële bouwblokjes niet toereikend. De transcriptiefactoren van bacteriën kunnen slechts simpele taken uitvoeren: bacteriën zijn in vergelijking met zoogdiercellen en gisten simpele wezentjes.

In plaats van circuits te bouwen met bestaande delen van bacteriën en deze vervolgens in gist te stoppen zoals de meeste synthetisch biologen doen, hebben de Amerikanen nu circuits gemonteerd met bruibare delen van de gist zelf.

Zinkvinger

Hoe ze dat deden? Daarvoor moet je weten dat in de eiwitstructuur van transcriptiefactoren bepaalde gebiedjes zitten – genaamd ‘zinkvingers’ – die aan een specifiek stukje DNA kunnen binden. Door die binding wordt het gen aangezet. En aan welk stukje DNA zo’n zinkvinger bindt, hangt af van zijn structuur.

Het onderzoeksteam bouwde negentien nieuwe kunstmatige zinkvingers gebaseerd op de structuur van een natuurlijk zinkvinger-eiwit. Door kleine aanpassingen te maken in de structuur van deze zinkvinger, kan je ze aansturen om aan het stukje DNA te binden dat jij op het oog hebt.

Ruikende bacteriën

De circuits die je met zulke bouwblokjes kan bouwen kunnen analoog of digitaal zijn, net als elektrische circuits. Het hangt af van de toepassing wat handig is. Met digitale circuits kunnen cellen duidelijke beslissingen maken, bijvoorbeeld: stuur ik mezelf aan om dood te gaan, of niet? En analoge functies zijn handig voor sensoren die continu meten of een bepaald molecuul in de cel of in zijn omgeving aanwezig is. Stel je voor, met een analoog genetisch circuit kan je een organisme maken die bijvoorbeeld giftige stoffen kan ‘ruiken’.

Maar zover zijn ze nog niet. Met de nieuwe eiwitten bouwden de Amerikanen alvast een aantal simpele circuits in gistcellen, waarmee zij de gist zijn genen konden aansturen. Maar ze zijn van plan in de toekomst meer ingewikkelde circuits te bouwen. Daarnaast willen ze hun nieuwe transcriptiefactoren ook uitproberen in andere gistsoorten, en uiteindelijk in zoogdiercellen. Waaronder menselijke cellen.

Bron:

Ahmad S. Khalil e.a. A synthetic biology framework for programming eukaryotic transcription functionsCell. 3 augustus 2012 (online).

Dit nieuwsbericht verscheen 3 augustus 2012 op Kennislink

Reageer