211service.com
Semi-synthetische levensvorm nu volledig bewapend en operationeel
William B. Kiosses, PhD, The Scripps Research Institute
Elk levend wezen op aarde slaat de instructies voor het leven op als DNA, met behulp van de vier genetische basen A, G, C en T.
Alles behalve één, dat is.
In het San Diego-laboratorium van Floyd Romesberg - en bij een startup die hij oprichtte - kweek je bacteriën met een uitgebreide genetische code. Ze hebben nog twee letters, een onnatuurlijk paar dat hij X en Y noemt.
Romesberg, hoofd van een laboratorium bij het Scripps Research Institute, wijzigde eerst de genen van de bacterie E coli om de nieuwe DNA-componenten in 2014 te huisvesten. Nu gebruiken de ziektekiemen voor het eerst hun uitgebreide code om eiwitten te produceren met even ongebruikelijke componenten.
We wilden het concept bewijzen dat elke stap van het opslaan en ophalen van informatie kan worden bemiddeld door een onnatuurlijk basenpaar, zegt hij. Het is geen curiositeit meer.
De bacterie wordt een semi-synthetisch organisme genoemd, want hoewel het een uitgebreid alfabet herbergt, is de rest van de cel niet veranderd. Toch zegt Peter Carr, een biologisch ingenieur aan het Lincoln Laboratory van het MIT, dat het suggereert dat wetenschappers pas beginnen te leren in hoeverre het leven opnieuw kan worden ontworpen, een concept dat bekend staat als synthetische biologie.
We weten niet wat de ultieme grenzen zijn aan ons vermogen om levende systemen te ontwerpen, en dit artikel laat zien dat we niet beperkt zijn tot vier basen, zegt hij. Ik vind het behoorlijk indrukwekkend.
De mensheid is teleurgesteld in de zoektocht naar leven op Mars of Jupiter. Maar de buitenaardse kiemen die in San Diego groeien, wijzen er al op dat onze aardse biologie niet de enige mogelijke is. Het suggereert dat als het leven ergens anders is geëvolueerd, het dat mogelijk heeft gedaan met behulp van heel andere moleculen of verschillende krachten, zegt Romesberg. Het leven zoals we het kennen is misschien niet de enige oplossing, en misschien ook niet de beste.
De inspanningen van Romesberg om een genetisch koekoeksei in bacteriën te leggen, begonnen 15 jaar geleden. Na het creëren van een kandidaat-paar van nieuwe genetische letters, was de eerste stap om ze toe te voegen aan het genoom van een bacterie en te laten zien dat deze ze kon gebruiken om informatie op te slaan. Dat wil zeggen, zou het organisme zich kunnen houden aan het onnatuurlijke DNA en het ook getrouw kopiëren terwijl het zich splitste?
Het antwoord, zo toonde zijn lab in 2014, was ja. Maar vroege versies van de bacteriën waren niet al te gezond. Ze stierven of raakten de extra letters in hun DNA kwijt, die zijn opgeslagen in een mini-chromosoom dat een plasmide wordt genoemd. In de woorden van Romesberg misten zijn creaties de kracht van het echte leven.
Tegen dit jaar had het team een stabielere bacterie bedacht. Maar het was niet genoeg om de kiem een gedeeltelijk buitenaardse code te geven - het was nodig om die code te gebruiken om een gedeeltelijk buitenaards eiwit te maken. Dat meldt het team van Romesberg vandaag in het tijdschrift Natuur , zegt dat het gedaan is.
Met behulp van de extra letters gaven ze bacteriën de opdracht om een gloeiend groen eiwit te maken dat een enkel onnatuurlijk aminozuur bevat. We hebben informatie opgeslagen en die hebben we nu teruggevonden. Het volgende is om het te gebruiken. We gaan dingen doen die niemand anders kan, zegt Romesberg.
Het praktische voordeel van een organisme met een groter genetisch alfabet is dat het een grotere woordenschat heeft: het kan eiwitten samenstellen met componenten die normaal niet in de natuur voorkomen. Dat zou een aantal lastige problemen in de medicinale chemie kunnen oplossen, namelijk de kunst om moleculen zo vorm te geven dat ze precies doen wat in het lichaam gewenst is, en niets dat dat niet is.
Het nastreven van dergelijke doelen is een startup die Romesberg heeft opgericht, genaamd Synthorx. Het heeft tot nu toe $ 16 miljoen opgehaald en hoopt de wetenschap om te zetten in nieuwe medicijnen. Een van de projecten is gericht op het maken van een nieuwe versie van interleukine-2, een middel tegen kanker met vervelende bijwerkingen. Misschien kunnen de semi-synthetische kiemen dat oplossen door op belangrijke punten een aantal ongebruikelijke componenten in te wisselen. Dit bedrijf moet het lab uit en de kliniek in, zegt de nieuw geïnstalleerde CEO, Laura Shawver.
Carr zegt dat een uitgebreide genetische code implicaties kan hebben die verder gaan dan het bieden van een snelkoppeling voor het programmeren van nieuwe eigenschappen in eiwitten. Hij denkt ook dat de nieuwe letters kunnen worden gebruikt om informatie te verbergen op manieren die andere biologen niet gemakkelijk konden zien. Dat kan handig zijn om intellectueel eigendom te verbergen of misschien om een biowapen te verhullen.