Wetenschappers hebben bacteriën voor het eerst kunstmatige moleculen laten produceren. Door knip-en-plakwerk in het DNA van de bacteriën zijn die bovendien bestand tegen virussen. Dit opent een wereld aan toepassingen, zoals de productie van biologisch afbreekbare plastics of medicijnen.
De bacteriën produceren de onnatuurlijke moleculen door instructies die de wetenschappers in hun DNA hadden aangebracht. Hiermee bouwen ze voort op hun werk uit 2019, waarin ze het gehele DNA van de bacterie Escherichia coli (E. coli) van de grond af opnieuw opbouwden.
Synoniemen verwijderen
DNA bestaat uit de letters A, T, C en G, die in totaal 64 verschillende woorden van drie letters vormen. Dat zijn normaliter codes voor de aanmaak van aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. Nadat je sommige van die woorden hebt verwijderd uit het DNA van de E. coli-bacteriën, kun je ze een andere betekenis geven.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
De 64 drieletterwoorden staan voor zo’n twintig aminozuren die een cel aan elkaar kan rijgen tot eiwitten. Er bestaan dus aardig wat aminozuren die met meerdere codes kunnen worden aangeduid. Je kunt dus gerust een aantal van die synoniemen verwijderen zonder dat je het hele productiesysteem in de war schopt.
Missende woorden
Dat is precies wat de wetenschappers van het MRC-laboratorium voor moleculaire biologie in Cambridge hebben gedaan. Ze verwijderden drie synoniemen in de bacteriën en zorgden ervoor dat die drieletterwoorden een nieuwe betekenis kregen: de aanmaak van onnatuurlijke bouwstenen.
Een enorm bijkomend voordeel is dat bacteriofagen – virussen die bacteriën infecteren – wél de hele woordenschat van 64 woorden nodig hebben om nieuwe virusdeeltjes te kunnen produceren. De nieuwe superbacteriën zijn daardoor niet vatbaar voor virussen. Een binnengedrongen virus kan door de ontbrekende woorden in de reeksen DNA-letters slechts fragmenten van de benodigde eiwitten produceren.
Kleine fabriekjes
‘Dit resultaat opent een hele parallelle wereld in de cel waar we van alles mee kunnen’, reageert synthetisch bioloog Nadine Bongaerts. ‘Dit extra stuk gereedschap biedt meer mogelijkheden om eigenschappen van de cel in te zetten om moleculen te produceren met behulp van bijvoorbeeld bacteriën.’
Onduidelijk is wel hoe dit concept zal werken op industriële schaal. ‘Deze studie dient als een demonstratie van het kunnen toevoegen van kunstmatige bouwstenen via het DNA, maar het is de vraag of dit proces net zo werkt als het straks opgeschaald wordt.’
Duurzame methode
De aangepaste cellen konden in deze studie maximaal acht kunstmatige bouwstenen aan elkaar rijgen. Dat is te weinig voor een praktische toepassing, maar in theorie kunnen ze allerlei stoffen gaan produceren, van plastics tot antibiotica.
Dit zal het produceren van moleculen met behulp van bacteriën een heel stuk efficiënter maken. Bongaerts: ‘Dat is een heel duurzame methode; bacteriën groeien op simpele bouwstenen, misschien zelfs op afvalstoffen. En ze kunnen complexe chemicaliën produceren die wij zelf niet synthetisch kunnen maken.’ Als die bacteriën ook nog bestand zijn tegen virussen, maakt dat het benutten van cellen als kleine moleculenfabriekjes nog interessanter.
