Biotech & leven › Synthetische biologie & kunstmatig DNA
Bacterie-enzym leest kunstmatig DNA met acht letters foutloos af
Amerikaanse onderzoekers hebben aangetoond dat een gewoon bacterieel enzym een uitgebreid DNA-alfabet van acht letters accuraat kan aflezen. De ontdekking laat zien dat cellen kunstmatige genetische code kunnen verwerken met hun eigen moleculaire machinerie, een belangrijke stap richting op maat gemaakte biologische systemen.
Al het leven op aarde gebruikt hetzelfde genetische alfabet van vier letters: A, C, G en T. Wetenschappers van de University of California San Diego hebben nu laten zien dat een essentieel enzym ook overweg kan met een uitgebreide versie van acht letters. Dat blijkt uit onderzoek dat gepubliceerd is in Nature Communications.
De onderzoekers keken naar RNA-polymerase, het enzym dat DNA afleest en omzet in RNA. Die stap is de eerste fase van genexpressie, het proces waarbij genetische informatie wordt vertaald naar functies in een cel. Met biochemische experimenten en cryo-elektronenmicroscopie bekeken de onderzoekers hoe het RNA-polymerase van de bacterie E. coli omgaat met twee synthetische baseparen, genetische letters die niet in de natuur voorkomen.
Hoe het enzym kunstmatige letters herkent
Cryo-elektronenmicroscopie maakt het mogelijk om moleculen te bekijken op een schaal kleiner dan een enkel atoom. Daarmee legden de onderzoekers vast hoe het enzym de synthetische DNA-letters herkent. De opnames tonen dat het enzym dezelfde biochemische en structurele signalen gebruikt als bij natuurlijke baseparen. Dat verklaart waarom uitgebreide genetische informatie foutloos kan worden afgelezen en doorgegeven.
In een tweede, gerelateerde studie, gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences, ontdekte hetzelfde team dat het enzym ook een ander paar synthetische baseparen accepteert. Dat paar houdt zichzelf niet vast met waterstofbruggen, de verbindingen die normale DNA-letters bij elkaar houden. Het enzym blijkt dus flexibeler dan gedacht in wat het als geldige genetische code accepteert.
Wat dit oplevert voor toekomstige toepassingen
Dit onderzoek bouwt voort op een vakgebied dat al langer bestaat: de synthetische biologie. Wetenschappers proberen daarin het genetische alfabet uit te breiden om nieuwe functies aan cellen te geven, functies die de natuur zelf nooit heeft ontwikkeld. Eerder onderzoek gebruikte al uitgebreide DNA-alfabetten om synthetische moleculen te maken die levercarcinoomcellen kunnen herkennen.
Door te ontrafelen hoe RNA-polymerase deze onnatuurlijke DNA-letters nauwkeurig afleest en vertaalt, leggen de onderzoekers een moleculaire basis voor toekomstige technologie. Dat kan gaan om nieuwe diagnostische testen, therapieën en biologische systemen die zijn ontworpen voor specifieke taken. Omdat het gaat om een enzym dat van nature in bacteriën voorkomt, hoeft er geen volledig nieuwe machinerie te worden ontwikkeld: bestaande celprocessen blijken al geschikt voor uitgebreide genetische code.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Deze ontdekking laat zien dat bestaande celmachinerie kunstmatige genetische code kan verwerken, zonder dat daarvoor compleet nieuwe biologische systemen nodig zijn. Dat opent de deur naar organismen en moleculen met functies die de natuur nooit heeft voortgebracht, bijvoorbeeld voor ziektediagnose of gerichte behandelingen. Het is een concrete stap in de langlopende zoektocht om het DNA-alfabet praktisch bruikbaar uit te breiden.
- RNA-polymerase
- Het enzym dat DNA afleest en omzet in RNA, de eerste stap bij het aflezen van genetische informatie in een cel.
- Synthetisch basepaar
- Een kunstmatig ontworpen paar DNA-letters dat niet van nature voorkomt, maar wel door celmachinerie kan worden herkend.
- Genexpressie
- Het proces waarbij de informatie in een gen wordt afgelezen en omgezet in een functioneel product, meestal een eiwit.
- Waterstofbrug
- Een zwakke chemische verbinding die normaal gesproken de twee helften van een DNA-basepaar bij elkaar houdt.
- Cryo-elektronenmicroscopie
- Een techniek waarbij bevroren moleculen met een elektronenmicroscoop worden bekeken, met een resolutie tot op atomair niveau.
- Synthetische biologie
- Het vakgebied dat zich richt op het ontwerpen en bouwen van nieuwe biologische systemen en genetisch materiaal.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
