DNA-productiebedrijven als Mr. Gene schieten als paddenstoelen uit de grond. Dertig jaar geleden kostte het een wetenschapper een jaar om een heel kort stukje DNA te maken. Voor DNA-bedrijven kost dat vandaag de dag nog maar een paar minuten. DNA-stukjes die uit zulke bedrijven komen, worden ook wel Biobricks genoemd: biologische bouwstenen.
Toepassingen van synthetische biologie zijn onder andere het vervangen van lantaarnpalen door lichtgevende bomen en het veranderen van je genen waardoor je nog ouder kunt worden. Praat nu mee over lichtgevende bomen en levensverlenging door synthetische biologie!
Een andere manier van werken
Zo snel DNA aan elkaar rijgen biedt nieuwe perspectieven voor genetici die op zoek zijn naar een manier om specifieke eigenschappen in planten, bacteriën en andere organismen te bouwen die deze eigenschappen van nature (nog) niet hebben. Nu gaat dat nog door middel van genetische modificatie. Grof gezegd werkt dat vrij simpel: je kopieert en plakt handige eigenschappen van het ene organisme in het genetische bouwplan van een ander. Denk aan het inbouwen van resistentiegenen in een maïsplant. Die genen zijn afkomstig uit een andere plant of bacterie. Maar binnen de synthetische biologie is dat inmiddels ouderwets.
Nee, met synthetische biologie bouwt een wetenschapper zélf de eerder genoemde resistentiegenen; hij voegt bestaande stukjes DNA bij elkaar, of bedenkt zelf een goede DNA-volgorde voor een nieuw gen. Hij schrijft en ontwerpt dus zelf het leven waar hij aan werkt. Dan heb je alle touwtjes in handen. Hij weet precies welk eindproduct hij van zijn organisme maakt. Dat verschil – het zoeken naar bestaande handige genen of het compleet zelf ontwerpen en bouwen ervan – onderscheidt synthetische biologie van standaard genetische modificatie. Het is niet iets heel nieuws, maar simpelweg de volgende stap. We gaan van knip- en plakwerk naar uniek maatwerk.
Het materiaal waarmee in beide disciplines gewerkt wordt blijft echter hetzelfde: DNA, het erfelijk materiaal van alle levensvormen op aarde. En met goede reden. DNA bepaalt hoe een levend wezen eruitziet en wat hij doet. Het resultaat van synthetische biologie is daarom bacteriën, gisten, schimmels, planten en dieren die de natuur zelf niet kent, maar er verder wel hetzelfde uitzien, en daarnaast precies doen wat wij willen.
Kookboek
Hoe gaat een synthetisch bioloog nou precies te werk om erfelijk materiaal aan te passen? Om beter te begrijpen hoe dat zit, is eerst wat basale kennis van de werking van DNA en cellen nodig.
Het DNA zit in een lange sliert in een speciaal omhulsel in de cel: de celkern. Dat geldt voor alle organismen, dus ook voor de mens. Voor de cellen is het als een handleiding voor je lichaam. In het DNA staat informatie over hoe je lichaam eruitziet en wat iedere cel moet doen om dat lichaam in leven te houden.
DNA kun je het best beschouwen als een handleiding, een genetisch ‘kookboek’. Ieder ‘gerecht’ dat erin staat, in de praktijk een gen, leidt uiteindelijk tot een specifiek eiwit. En eiwitten zorgen ervoor dat je leeft: ze helpen rode bloedcellen het zuurstof door je bloed vervoeren en zetten je spieren aan tot bewegen. Verkouden? Eiwitten in je immuunsysteem helpen je er overheen.
Het ‘bereiden’ van eiwitten uit DNA-instructies is vrij ingewikkeld, maar verloopt volgens DNA-ontdekker Francis Crick in grofweg drie stappen. Het begint natuurlijk allemaal met het kleinste niveau: een stukje DNA bevat instructies voor het ‘brouwen’ van een bepaald eiwit. In de tweede stap wordt van dat stukje DNA een kopietje gemaakt. Zo blijft het oorspronkelijke DNA veilig in de celkern. Het kopietje, dat RNA heet, wordt aan ‘machines’ in de cel gekoppeld – die zoeken bij iedere code die ze van het RNA aflezen het juiste bouwsteentje voor een eiwit. Als de machines langs de hele RNA-sliert zijn gegleden, hebben ze aan hun andere zijde het uiteindelijke eiwit gebouwd. Dit is de derde stap. Voor een uitgebreide animatie hiervan kun je hier terecht.
Wanneer een synthetisch bioloog ingrijpt op DNA-niveau, verandert hij dus ook dat hele bouwproces van DNA naar eiwit. Soms werkt nieuw DNA beter als sommige hulpeiwitten ook worden verbouwd. Daarom zijn synthetisch biologen soms ook bezig met het verbouwen eiwitten in plaats van DNA. Omdat wetenschappers steeds beter begrijpen welke stukjes DNA verantwoordelijk zijn voor welke eiwitten, zijn ze op een punt aangekomen dat ze de taal in het DNA-‘kookboek’ letter voor letter beginnen te begrijpen. Dat maakt ook de eiwit-‘recepten’ voor genetici beter leesbaar. Er zijn synthetisch biologen die een stap verder willen gaan: ze gaan zelf de recepten schrijven. Zulke compleet nieuwe stukken DNA kunnen ze vervolgens in levensvormen stoppen waar dat bruikbaar is. En als ze een heel erg compleet en nieuw stuk DNA kunnen schrijven, dan is het maken van een nieuw soort leven zelfs niet ondenkbaar.
Ook in dit dossier
- Klussen met beloftes (Kennislinkartikel)
- Synthetische biologie: een gevaarlijk wapen? (Kennislinkartikel)
- Bacteriën aan de riem (Kennislinkartikel)
- De tweede oorsprong van leven (Kennislinkartikel)
Zie ook
- Dossier: DNA (Kennislinkartikel)