Het genetische alfabet bestaat uit vier letters – A, T, C en G. Amerikaanse scheikundigen voegen daar nu twee nieuwe letters – X en Y – aan toe. In het vakblad Nature laten zij zien dat een cel in staat is DNA met de extra letters op te nemen. Dat opent de weg naar nieuwe toepassingen. Zoals het maken van eiwitten die in de natuur niet voorkomen.
Denis Malyshev en Floyd Romesberg (The Scripps Research Institute) laten met hun experiment zien dat een levende cel de nieuwe letters in zijn DNA tolereert. Maar om er echt iets aan te hebben is dat niet voldoende. Uiteindelijk moet het DNA, inclusief de nieuwe letters, worden omgezet in RNA. Als dat lukt zijn er in plaats van de standaard vier nu zes bouwblokjes beschikbaar om aminozuren te maken.
En dat is een groot verschil. Op basis van vier letters kun je 20 verschillende aminozuren maken. Op basis van zes letters loopt dat aantal op naar 172. Aminozuren vormen de bouwstenen voor eiwitten. Dankzij de extra letters wordt het dus mogelijk om hele andere eiwitten te maken dan degene die we nu al kennen. Wie weet zitten daar wel nieuwe medicijnen bij, nuttige nanomaterialen of stoffen die van belang zijn voor wetenschappelijk onderzoek.
DNA verstoppen
Het lukte de Amerikanen eerder al om de door hen gemaakte nieuwe letters te laten verdubbelen (repliceren) in een celvrij systeem. Maar om de letters een levende cel in te krijgen, was nog een hele uitdaging. Een cel is alleen gewend te werken met de vier standaard letters, dus als daar ineens andere letters bijkomen is de kans groot dat deze door het DNA-reparatiesysteem worden afgebroken.
De methode die Malyshev en Romesberg gebruikt hebben om de nieuwe letters een levende cel in te krijgen. 1. X en Y zijn ingebouwd in het DNA. 2. Met behulp van een plasmide worden X en Y ingebracht in een aangepaste E. coli cel. 3. De bacterie wordt gekweekt in een medium met X en Y. 4. De bacterie gebruikt X en Y uit het medium om het DNA een aantal keer te kunnen verdubbelen. 5. Als X en Y op zijn, wordt het plasmide afgebroken en herstelt de E. coli cel zich in zijn natuurlijke staat.
SynthorxDe scheikundigen bedachten een trucje om de nieuwe letters een E. coli cel binnen te kunnen smokkelen. Zij verstopten één exemplaar van X en één exemplaar van Y in een kort, cirkelvormig stukje DNA (een plasmide). Vervolgens rustten zij de E. coli cel uit met een extra stukje DNA uit algen, wat ervoor zorgt dat het plasmide heel gericht wordt afgegeven.
Malyshev en Romesberg kweekten hun E. coli bacterie in een medium waarin losse letters X en Y zijn opgelost. Met behulp van de losse letters in het medium kan de cel het DNA van het plasmide, inclusief de X en Y, een aantal keer verdubbelen. Na een paar dagen zijn de losse letters in het medium op. Het plasmide wordt dan afgebroken en de E. coli cel herstelt zich in zijn natuurlijke staat.
Heeft een uitgebreid genetisch alfabet ongekende mogelijkheden of is er een reden dat de natuur het al miljoenen jaren met vier letters doet?
SynthorxOngekende mogelijkheden?
Door de E. coli cel afhankelijk te maken van X en Y hopen Malyshev en Romesberg te bereiken dat de bacterie de nieuwe letters standaard opneemt in zijn genetische alfabet.
Als dat lukt is het blijkbaar vrij eenvoudig om nieuwe letters toe te voegen aan het DNA. Eigenlijk zou dat vreemd zijn. Want als het zo makkelijk is om nieuwe letters toe te voegen, waarom pint de natuur zich dan al miljoenen jaren vast op die A, T, C en G? Misschien hebben cellen met een uitgebreid genetisch alfabet ongekende mogelijkheden. Maar het zou net zo goed kunnen dat ze vroegtijdig ten onder gaan, bijvoorbeeld door fouten bij de DNA-replicatie of vergissingen bij het omzetten van DNA naar RNA. De toekomst zal het uitwijzen.