211service.com
De genetische code van levende bacteriën bewerken
Onderzoekers van de Harvard Medical School hebben een zoek-en-vervang-tool bedacht om de genetische code van levende bacteriën te bewerken. De techniek biedt een krachtigere manier om levende organismen te manipuleren en zou uiteindelijk kunnen worden gebruikt om industriële microben te maken die veiliger en robuuster zijn en nieuwe soorten medicijnen en chemicaliën produceren.
Recoder-ring: De gekleurde punten rond deze ring vertegenwoordigen het aantal codons dat is vervangen in E.coli.
De meeste genen die de genetische code van een organisme vormen, zijn in wezen ontwerpplannen voor het maken van eiwitten. Elk gen bestaat uit een lange streng moleculen, nucleotiden genaamd. Drie van dergelijke nucleotiden - een groep die bekend staat als een codon - vertellen een cel welke aminozuren hij moet gebruiken bij het opbouwen van een eiwit.
Cellen kunnen 22 natuurlijk voorkomende aminozuren gebruiken als bouwstenen om eiwitten te maken, maar scheikundigen hebben in het laboratorium meer dan honderd zogenaamde onnatuurlijke aminozuren gesynthetiseerd met behulp van scheikunde, niet van biologie. Natuurlijk voorkomende organismen kunnen deze chemicaliën niet maken of bouwen. Organismen die eiwitten zouden kunnen bouwen met behulp van deze aminozuren, zouden nieuwe mogelijkheden bieden, vooral bij de ontwikkeling van geneesmiddelen. Maar normale cellen missen de noodzakelijke genetische code om met deze onnatuurlijke aminozuren te werken.
Een team op Harvard, geleid door George kerk , heeft een tool ontwikkeld om genen te bewerken die hier verandering in zouden kunnen brengen. Om microben in staat te stellen eiwitten te bouwen die onnatuurlijke aminozuren bevatten, moeten onderzoekers zowel alle bepaalde codons in het genoom kunnen bewerken als de celmachinerie die die codons leest, kunnen manipuleren. Met de nieuwe tool kunnen ze het eerste deel doen.
Church zegt met de aanpak drie doelen te willen bereiken. Ten eerste wil hij bacteriën bouwen die nieuwe medicijnen en andere chemicaliën kunnen produceren. Ten tweede wil hij bacteriën genetisch manipuleren die niet buiten het laboratorium kunnen leven omdat ze onnatuurlijke aminozuren nodig hebben om te overleven - een prestatie die de milieuschade zou kunnen voorkomen die het gevolg zou kunnen zijn van het loslaten van dergelijke bacteriën in de wereld. En ten derde wil hij bacteriën maken die immuun zijn voor virussen, aangezien virussen problemen kunnen veroorzaken in de industriële productie. De manier om al deze dingen te bereiken, is door de [betekenis van de] genetische code van je favoriete organisme te veranderen, zegt Church.
Donderdag, in het journaal Wetenschap , beschreef de groep van Church hoe het alle 314 gevallen van een bepaald codon in het genoom van leven verwijderde E coli en verving ze door een ander codon. Het werk werd mede geleid door Farren Isaacs , nu assistent-professor moleculaire biologie aan de Yale University. Het proces omvat het maken van kleinschalige genetische veranderingen in meerdere stammen van E coli , en ze vervolgens te combineren.
Onderzoekers aan de J. Craig Venter Instituut hebben eerder aangetoond dat het anders is om een heel genoom te bewerken. Dit is dezelfde groep die vorig jaar de eerste synthetische levende cel maakte. De Venter-groep bewerkt het genoom op een computer en synthetiseert vervolgens het hele ding met behulp van een combinatie van machines en gistcellen; daarna wordt het genoom getransplanteerd in een ontvangende cel.
De methode van Church introduceert veranderingen in levende cellen. Hij is van mening dat het voordeel van deze aanpak is dat het mogelijk is om fouten te corrigeren als ze zich voordoen op weg naar grotere veranderingen. Church hoopt dat zijn nieuwste werk andere onderzoekers zal overtuigen van de waarde van engineering op genoomschaal. Zowel zijn methode als die ontwikkeld aan het Venter Institute omvat het gebruik van DNA-synthesizermachines om grote hoeveelheden DNA te maken voor de gemanipuleerde cellen. DNA-synthese is nog steeds duur. En de tijd die met beide technieken gemoeid is, hoewel het korter wordt, is een andere kostenpost. We moeten de kosten omlaag brengen en nadenken over gebruiksgemak, zegt hij.
Het maken van eiwitten met onnatuurlijke componenten is zo nuttig dat biologen het al decennia doen, zij het inefficiënt, zegt David Tirrel , hoogleraar chemische technologie aan Caltech. Tirrell is niet aangesloten bij de Harvard-groep.
Twee bedrijven - Allozyme, waarmee Tirrell is geassocieerd, en Ambrix - maken beide eiwitgeneesmiddelen die onnatuurlijke aminozuren bevatten. In beide gevallen hebben ze bacteriën ontwikkeld die eiwitten kunnen maken die slechts één onnatuurlijk aminozuur bevatten. Het maken van organismen die meer van deze onnatuurlijke chemicaliën kunnen gebruiken om nieuwe soorten moleculen te produceren, zou nieuwe grenzen openen voor eiwitgeneesmiddelen, zegt hij. Eiwitten met onnatuurlijke componenten kunnen mogelijk ook barrières in het lichaam passeren die tegenwoordig niet gemakkelijk worden doorbroken, zoals de bloed-hersenbarrière. De groep van Church gaat een samenwerking aan met Ambrix.