Een internationaal team van genetici heeft voor het eerst een compleet nieuw genoom ontworpen voor een gistcel. Het betekent een doorbraak in het ontwikkelen van zogenaamde designercellen.
Elf miljoen baseparen lang is het ontwerp van een nieuw gistgenoom, drie keer zo veel letters als er in de Bijbel staan. Een internationaal en interdisciplinair team van wetenschappers gooide het DNA van een gistcel radicaal om, sneed onnodige delen weg en voegde nieuwe fragmenten toe.
Het nieuwe genoom moet het makkelijker maken om genetisch onderzoek te doen. Ook zal de nieuwe gistcel makkelijker te gebruiken zijn om op industriële schaal antibiotica en andere stoffen te maken.
Op dit moment zijn zes van de totaal zeventien ontworpen chromosomen al in gistcellen geplaatst. Volgens hoofdonderzoeker Joel Bader van de Amerikaanse Johns Hopkins-universiteit zal de rest binnen drie jaar volgen.
Gewoonlijk heeft een gistcel maar zestien chromosomen. Het zeventiende chromosoom is nieuw, samengesteld uit losse onderdelen die uit de rest van het genoom zijn weggehaald. Met de technologie om geheel nieuwe chromosomen te ontwerpen hoopt Bader de gistcel makkelijk aan te kunnen passen aan de wensen van de gebruiker.
Minimale cel
Het is niet voor het eerst dat wetenschappers een nieuw genoom voor een cel hebben ontworpen. In 2010 maakten genetici van het J. Craig Venter-instituut voor het eerst een bacteriecel met volledig synthetisch DNA. Het DNA werd niet door de cel zelf gemaakt, maar in zijn geheel in het lab gebouwd en daarna in de cel ingebracht.
Genetici van datzelfde instituut maakten vorig jaar ook een zogenaamde minimale cel. Alle genen behalve de meest essentiële waren weggehaald.
Het nieuwe gistgenoom verschilt toch op een paar manieren van de eerdere pogingen. Het gistgenoom is met elf miljoen baseparen tien keer zo groot als het bacteriële genoom.
Ook verschilt het ontwerp van het genoom veel ingrijpender van gistcellen in de natuur dan het eerdere synthetische genoom. Op een paar toevoegingen na had het J. Craig Venter-instituut weinig veranderd aan het DNA van de bacterie. Bij het nieuw desginergenoom zijn er ingrijpende veranderingen gepleegd, zowel in de genen als in de volgorde van de genen.
Nieuw stopcodon
Een van die veranderingen die de genetici deden in het gistgenoom was het verwijderen van een zogenaamd stopcodon. Het stopcodon is een specifieke code van drie letters in het DNA die aangeeft dat het einde van een gen is bereikt. Als de cel een dergelijke code ziet stopt hij met lezen van het DNA.
Normale cellen hebben meerdere varianten van zo’n stopcodon. Omdat het niet per se nodig is om meerdere varianten te hebben, verwijderde de genetici alle alternatieve stopcodons. Slechts één variant bleef over.
Dat betekent dat de codes die eerst ‘stop’ betekenden nu vrij zijn om iets anders te programmeren. In plaats van een stopsignaal kan de lettercode gebruikt worden als commando om nieuwe bouwstenen van eiwitten mee aan te geven. Ook bouwstenen die van nature niet gebruikt worden door de cel. Zo kunnen onderzoekers de gistcel programmeren om compleet nieuwe stoffen te maken die wilde gistcellen niet kunnen maken.
Designercel
Volgens Oscar Kuipers, hoogleraar moleculaire genetica aan de Rijksuniversiteit Groningen, gaan dit soort synthetische genomen de komende jaren een grote vlucht nemen. De kosten van het ontwerpen van dit gistgenoom waren ongeveer 1,2 miljoen euro. Tien jaar geleden kostte het ongeveer evenveel om het hele genoom van een bacterie uit te lezen. Dat kost inmiddels minder dan 200 euro. Het is te verwachten dat het maken van nieuwe genomen ook snel goedkoper zal worden.
Kuipers: ‘Het kost nu nog flink wat tijd en moeite om zo’n genoom te ontwerpen, maar de mogelijkheden zijn grenzeloos.’ Deze techniek biedt niet alleen de mogelijkheid om de genomen van bestaande soorten aan te passen, maar ook genomen van verschillende soorten samen te voegen. Zo kunnen we cellen maken met eigenschappen die in de natuur niet voorkomen en misschien zelfs nieuw leven scheppen.
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: