ecoli

Wetenschappers hebben het DNA van een levende bacterie uitgebreid door er een derde, synthetisch basenpaar aan toe te voegen. De bacterie kan het deels synthetische DNA – met de juiste bouwblokken voorhanden – prima repliceren.

“Het leven op aarde in al haar diversiteit wordt gecodeerd door slechts twee basenparen DNA: A-T en C-G,” vertelt onderzoeker Floyd Romesberg. “En wat wij gemaakt hebben, is een organisme dat deze twee basenparen bevat, plus een derde, onnatuurlijk basenpaar.”

Eerder onderzoek
Romesberg en zijn collega’s zijn al jaren op zoek naar moleculen die dienst kunnen doen als nieuwe, functionele DNA-basen. In 2008 leidde dat tot een doorbraak. De onderzoekers stuitten op twee moleculen die zich konden gedragen als natuurlijke basenparen en toonden aan dat DNA dat deze onnatuurlijke basenparen bevatte zich – in de aanwezigheid van de juiste enzymen – kon repliceren. Maar die experimenten vonden allemaal plaats in reageerbuisjes. De grote vraag was dan ook: konden deze moleculen ook in een – veel complexer – levend organisme dienst doen als extra basenpaar?

In een bacterie
De onderzoekers maakten een cirkelvormige streng DNA – ook wel plasmide genoemd – en plaatsten deze in de cellen van de bacterie E. coli. De plasmide bevatte natuurlijke T-A en C-G basenparen. Maar daarnaast ook het beste synthetische basenpaar dat de onderzoekers in de afgelopen jaren ontdekt hadden. Dat basenpaar bestond uit twee moleculen: d5SICS en dNaM. Het doel was om de bacterie zover te krijgen dat deze het deels synthetische DNA zou gaan repliceren.

“Om E. coli in staat te stellen om het DNA te repliceren, moesten de onderzoekers deze bouwblokken aanreiken. Deden ze dat niet, dan verdwenen de twee synthetische moleculen uit het genoom”

Bouwblokken
Nu kan de bacterie dat niet zonder hulp. De moleculaire bouwblokken voor de twee moleculen komen van nature niet in cellen voor. Dus om E. coli in staat te stellen om het DNA te repliceren, moesten de onderzoekers deze bouwblokken aanreiken. Deden ze dat niet, dan verdwenen de twee synthetische moleculen uit het genoom en ging de bacterie verder met zijn normale basenparen. Met de juiste bouwblokken voorhanden, bleek de bacterie het deels synthetische DNA dus te kunnen repliceren. En zonder dat de groei van de bacterie sterk afgeremd werd. Ook werden tijdens reparaties aan het DNA de onnatuurlijke basenparen niet verwijderd.

Het onderzoek heeft verschillende implicaties. “Het toont aan dat andere oplossingen voor het opslaan van informatie tot de mogelijkheiden behoren en brengt ons natuurlijk dichterbij een uitgebreid DNA dat verschillende toepassingen kent: van nieuwe medicijnen tot nieuwe vormen van nanotechnologie.”