Opwindend nieuws. Een internationaal team wetenschappers heeft voor de eerste keer een synthetische versie van een chromosoom van gist gefabriceerd. De gistcellen met het zelf ontworpen chromosoom functioneerden prima. De ‘Mount Everest’ van de synthetische biologie, noemde het toonaangevende wetenschapsblad Science dit knap staaltje werk.
Nadoen wat de natuur al gemaakt heeft. In de laatste vijf jaar lukte het wetenschappers al om het genoom van een simpele bacterie of het DNA van een virus na te bouwen. Maar het DNA in elkaar zetten van een eukaryote cel – de complexere cel waaruit mensen, planten en dieren bestaan – bleef een onvolbrachte taak.
Tot zo ver. Een team wetenschappers onder leiding van geneticus Jef Boeke van de New York University Langone Medical Center, kan die primeur op zijn naam schrijven. Zij wisten als eerste ter wereld een chromosoom van gist te synthetiseren. Het wetenschappelijke tijdschrift Science, waarin zij hun resultaten rapporteerden, spreekt van een grote vooruitgang in de synthetische biologie.
Bakkersgist
Saccharomyces cerevisiae, oftewel bakkersgist, is één van de best bestudeerde organismen op aarde. Het eencellige organisme assisteert bij het maken van onder andere bier, brood, biobrandstof en medicijnen.
Genetici hebben recentelijk het DNA van gist dusdanig veranderd dat het in staat is om artemisinine te bouwen, een medicijn tegen malaria. Het potentieel van gist om andere belangrijke chemicaliën te produceren begint langzaamaan werkelijkheid te worden.
Jarenlang puzzelen
Gist heeft zestien chromosomen waarop bij elkaar zesduizend genen liggen. Het team bouwde een kunstmatige versie van het derde chromosoom, die met 316.667 basenparen één van de kleinere is. Ze gebruikten software om meer dan 50.000 kleine veranderingen aan te brengen in de basenvolgorde van het DNA: ze voegden basenparen toe en schrapten herhaalde stukjes DNA die onnodig leken.
Het kostte zeven jaar tijd om alle basenparen aan elkaar te knopen maar uiteindelijk was het er: een kunstmatig chromosoom bestaande uit 273.871 basenparen. Dat is aanmerkelijk korter dan het oorspronkelijke chromosoom. Gist blijkt een aanzienlijk deel van zijn genetische code niet nodig te hebben om te verdubbelen en te groeien.
Mijlpaal
Na fabricatie was het tijd om het synthetische chromosoom ook daadwerkelijk te testen in gist. Spannend, want het genoom veranderen is een beetje als gokken. Eén verkeerde verandering en de cel overleeft niet. De onderzoekers zetten het chromosoom in levende gistcellen en keken hoe de aangepaste gistcellen groeiden onder verschillende voedingstoffen en omstandigheden. In bijna alle gevallen bleken ze even snel te groeien als normale gist.
“Het is het meest uitvoerig veranderde chromosoom dat ooit is gebouwd. Maar de echte mijlpaal is om het te integreren in een levende gistcel”, zegt onderzoeksleider Boeke. “We hebben laten zien dat gistcellen die dit synthetische chromosoom bij zich dragen opvallend normaal zijn. Ze gedragen zich bijna identiek aan gewone gistcellen, alleen bezitten ze nieuwe kwaliteiten en kunnen ze straks dingen doen die gewone gist niet kan.”
Nog 15 chromosomen te gaan
Van de zestien chromosomen van gist heeft het team er nu dus één gesynthetiseerd. Ze zijn op de goede weg om een volledig eukaryotisch genoom te bouwen. De volgende stap is een groter chromosoom van gist bouwen op een snellere en goedkopere manier.
In theorie kan gist met een set synthetische chromosomen in de toekomst verbeterde en nieuwe varianten brandstoffen en medicijnen maken. Denk aan nieuwe antibiotica en milieuvriendelijkere biobrandstof.
Vanuit praktisch oogpunt zal nog moeten blijken hoe bruikbaar synthetische genomen zijn voor commerciële toepassingen, reageren andere synthetisch biologen in een begeleidend artikel van Science. Een genoom bouwen is namelijk erg kostbaar. Desondanks heeft het Amerikaanse team geschiedenis geschreven met hun werk. Dat vindt iedereen. “Ons onderzoek beweegt de naald in synthetische biologie van theorie naar realiteit”, aldus Boeke.