Bionieuws

Gen & Micro

Werkend dna met vreemde basenparen

Foto: Flickr © Space Dictator

Het is Amerikaanse onderzoekers gelukt om een semi-synthetische bacterie te ontwikkelen met onnatuurlijke basenparen in het genoom, die ook daadwerkelijk worden afgelezen en leiden tot productie van eveneens nieuwe, onnatuurlijke eiwitten. Dat schrijven chemisch bioloog Floyd Romesberg en collega’s van het Amerikaanse Scripps Research Institute in Nature van 29 november.

Romesberg wist eerder al twee nieuwe basenparen in het genetisch materiaal van een E. coli-bacterie te krijgen (Nature, 7 mei 2014). Naast de vier gebruikelijke basen adenine, thymine, cytosine, en guanine (kortweg A, T, C en G), voegde hij X en Y toe. Nu is het dus gelukt om ook transcriptie naar rna en translatie naar eiwitten te bewerkstelligen.

Onnatuurlijk
De onderzoekers bouwden de X- en Y-basen in genen in die ook A, T, C, en G bevatten. Deze genen blijken succesvol afgelezen te worden in m-rna met daarin ook de onnatuurlijke basen. Dit m-rna wordt door de cel gebruikt om in de ribosomen eiwitten met onnatuurlijke aminozuren te produceren. Het eiwit dat in deze studie door de bacterie werd geproduceerd is een variant van het green fluorescent protein, dat vaak in genetische experimenten wordt gebruikt, maar deze variant bevat verschillende onnatuurlijke aminozuren.

Aromatisch
X en Y staan in werkelijkheid voor de basen dNaM en dTPT3. Deze aromatische dna-basen paren door middel van hydrofobe krachten, in plaats van de gebruikelijke waterstofbruggen die natuurlijke basen gebruiken. Dit voorkomt dat X of Y aan een van de andere basen gebonden wordt. Het laat volgens de onderzoekers ook zien dat waterstofbruggen niet essentieel zijn voor het decoderingsproces, wat altijd werd gedacht.

De onderzoekers geven zelf aan dat het nog maar een kleine stap is, aangezien elke X of Y altijd ‘gesandwiched’ moet worden door natuurlijke basen. Replicatie van lange strengen met alleen onnatuurlijke basen lukt nog niet.

Overdreven
‘Om het een semi-synthetisch organisme te noemen vind ik wat overdreven. Er is meer een basepaar synthetisch in het hele organisme’, reageert emeritus hoogleraar genetica Paul Hooykaas van de Universiteit van Leiden op het onderzoek van de Amerikanen. Desondanks is hij onder de indruk van hun prestatie. ‘Het is opmerkelijk dat nu voor het eerst een synthetisch basepaar niet alleen mee wordt gerepliceerd, maar ook omgezet in m-rna en vertaald met behulp van een aangepast t-rna met een synthetisch nucleotide. Dit is vervolgens gebruikt om via dergelijke aangepaste t-rna’s ook een onnatuurlijk, maar verwant aminozuur in te bouwen.’

Hooykaas ziet voor de toekomst nuttige toepassingen. ‘Tot nu toe is het technisch knappe spielerei. Een volgende stap zou moeten zijn het zodanig aanpassen van het systeem dat er een aminozuur wordt ingebouwd dat het eiwit nieuwe verbeterde eigenschappen meegeeft.’ Dat is dan ook wat de onderzoekers voor ogen zeggen te hebben, het ontwikkelen van nieuwe materialen een medicijnen.

Dit artikel verscheen 9 december in Bionieuws 20.