Luister naar

Knutselen met DNA en cellen

Nieuws
De Amerikaanse pionier Craig Venter slaagde er in 2010 met zijn team in als eerste een delende bacteriecel te krijgen met kunstmatig samengesteld erfelijk materiaal dat was overgebracht naar een lege cel. Onderzoekers van de TU Delft willen een stap verder gaan: alle onderdelen van de bacterie bouwen en samenvoegen tot een werkende cel.
zaterdag 16 november 2019 om 03:00
Craig Venter sprak enkele jaren geleden tijdens het Brilliant Minds Festival op een universiteit in het Mexicaanse San Andres Cholula.
Craig Venter sprak enkele jaren geleden tijdens het Brilliant Minds Festival op een universiteit in het Mexicaanse San Andres Cholula. epa / Francisco Guasco

De ethische vragen over zelf leven creëren, laten we in dit artikel rusten. Het gaat om onderzoek dat een lange adem vereist. Tussen het idee van een synthetische cel en de eerste delende bacterie met kunstmatig DNA zat vijftien jaar.

Venter legde in mei 2010 in een persconferentie uit hoe zijn team dat heeft aangepakt. De genetische code voor de kunstmatige bacterie werd eerst op de computer ontworpen op basis van de code van een bestaande bacteriestam, Mycoplasma mycoides.

Toch was het voor Venters team niet zomaar een kwestie van knippen en plakken van genen. Ze wilden het kunstmatig DNA kunnen onderscheiden van DNA uit de gastheercel. ‘We wilden absoluut voorkomen dat er een chromosoom van de gastheer zou achterblijven, waardoor wij zouden denken dat we een synthetische cel hadden gemaakt, terwijl we slechts een ‘besmette’ cel in handen hadden.’ De oplossing: watermerken toevoegen aan het DNA. De eerste kunstmatige bacterie bevatte er vier, elk meer dan duizend DNA-letters lang (basenparen in vaktaal).

In het laboratorium werden de vier bouwstenen van het DNA – adenine (A), thymine (T), guanine (G) en cytosine (C) – als kralen aaneengeregen tot lange strengen. Die strengen werden in gistcellen gecombineerd tot één chromosoom.

Daarna werd het chromosoom van de gistcellen ‘getransplanteerd’ naar een lege bacteriecel. ‘De cel verandert daarmee feitelijk in een nieuwe bacteriesoort’, aldus Venter. Hij omschreef de creatie als ‘de eerste zichzelf voortplantende soort op deze planeet waarvan een computer de ouder is’.

Venter had in 2010 een delende bacterie in handen met getransplanteerd, kunstmatig DNA. Maar zijn oorspronkelijke doel had hij nog niet bereikt: een delende cel creëren met het kleinst mogelijke genoom.

zelf leven ontwerpen

Het bereiken van die mijlpaal maakte Venters team wereldkundig in maart 2016 met een publicatie in het toptijdschrift Nature. Het kleinste bekende genoom in de natuur is dat van Mycoplasma genitalium, een microbe met 580.070 basenparen en 470 genen. Pogingen om een kunstmatig genoom hierop te baseren, liepen op niets uit. Vandaar dat het team in 2010 een bacterie in handen had met veel groter chromosoom.

Maar Venter gaf niet op. Na talloze experimenten had hij, zes jaar later, zijn doel bereikt: een delende cel met het kleinste, kunstmatige genoom. De soort met de naam JCVI-syn3.0 bevatte slechts 531.000 basenparen en 473 genen.

De onderzoekers waren daarmee geslaagd in hun poging ‘leven te reduceren tot het strikt noodzakelijke, en in het verlengde daarvan zelf leven te ontwerpen’, stelde Nature in een begeleidend nieuwsbericht.

Vakgenoten erkennen dat Venters werk een technisch hoogstandje is. ‘Het idee dat we hele genomen kunnen bouwen, is een van de dromen en beloften van de synthetische biologie’, zei Paul Freemont, synthetisch bioloog aan Imperial College Londen, in een reactie.

Tegelijkertijd twijfelen collega’s aan het praktisch nut ervan. Ze wijzen erop dat je helemaal geen bacteriegenoom hoeft te ontwerpen als je eigenschappen aan bacteriën wil toevoegen. Venter ziet ze bijvoorbeeld in de toekomst vaccineiwitten produceren of alternatieven voor benzine en diesel. Met de bestaande gen-editingtechnieken kun je zulke aanpassingen ook doen, en het kost veel minder moeite, stellen collega-onderzoekers in Nature. Venter brengt daartegen in dat zulke technieken niet volstaan ‘als je echt iets nieuws wilt creëren en leven probeert te ontwerpen.’

Onderzoekers van de TU Delft zijn betrokken bij een project dat nóg ambitieuzer is dan dat van Venter, omdat ze niet willen beginnen met een lege, bestaande bacteriecel. Ze willen een volledig door de mens gebouwde cel creëren die zichzelf in stand kan houden en zich kan voortplanten.

De Delftse onderzoekers zijn een stap dichter bij dat doel gekomen, zo meldden ze eind oktober in het vakblad Nature Communications. Ze zijn er namelijk in geslaagd in het lab een mechanisme na te maken dat essentieel is voor de celdeling van bacteriën.

Celdeling is een complex proces, zelfs in relatief eenvoudige organismen zoals bacteriën, schrijven de onderzoekers van de TU Delft in een persbericht naar aanleiding van de wetenschappelijke publicatie. Eerst wordt het DNA in de bacteriële cel gekopieerd. Vervolgens worden de DNA-kopieën van elkaar gescheiden en door eiwitten naar tegenovergestelde uiteinden van de cel gebracht. Daarna vormt zich in het midden van de cel een ring. Deze zogeheten ‘Z-ring’ knijpt samen op het moment dat de cel klaar is om te delen, waardoor twee dochtercellen ontstaan.

De eiwitten die de Z-ring vormen, doen dat altijd netjes in het midden van de cel. Hoe ze weten waar het midden is?

Daarvoor gebruikt de cel weer drie andere eiwitten: MinC, MinD en MinE. Samen vormen ze het ‘Min-systeem’.

Een groep Delftse onderzoeker is er nu in geslaagd om het Min-systeem na te bouwen in vetblaasjes, zogeheten ‘liposomen’. De drie Min-eiwitten ontstaan uit drie genen, één gen per eiwit. ‘Maar het is niet genoeg om het DNA van deze drie genen in een liposoom te stoppen’, aldus hoofdonderzoeker Elisa Godino. ‘Je moet van elk eiwit een bepaalde hoeveelheid hebben en de eiwitten functioneren alleen onder de juiste omstandigheden. In het finetunen van die omstandigheden is veel tijd en onderzoek gaan zitten.’

Maar uiteindelijk lukte het om het Min-systeem aan de praat te krijgen in een vetblaasje. De volgende stap: het nabouwen van het mechanisme dat de Z-ring vormt en een cel in tweeën knipt. ‘We hebben al bevestigd dat het door ons gebouwde Min-systeem goed samenwerkt met de kernelementen van de Z-ring’, zegt Godino.

Het koppelen van de twee celdelingsmechanismen zal ook weer allerlei uitdagingen met zich meebrengen, verwachten de onderzoekers. Maar, zo stellen ze, stapje voor stapje komt de synthetische cel dichterbij. ‘Leven’ gecreëerd door de scheppende mens.

Mail de redactie
Mail de redactie
Heeft u een tip over dit onderwerp, ziet u een spelfout of feitelijke onjuistheid? We stellen het zeer op prijs als u ons daarover een bericht stuurt.
Oud en nieuw zou mogelijk al in 2025 of 2026 een seconde eerder zijn.

Door klimaatverandering tolt de aarde minder rap om haar as, met gevolgen voor de wereldwijde tijdmeting

De aarde draait steeds sneller om haar as, maar klimaatverandering remt dat af, blijkt uit analyse. Tijdexperts zijn opgelucht: het moment dat zij een seconde van de universele klok moeten halen, laat nu langer op zich wachten.

De duivelsrog staat op de VN-lijst van met uitsterven bedreigde trekdiersoorten. Op die lijst scoren vissen hoog: maar liefst 97 procent van de vissoorten loopt sterk in aantal achteruit.

VN-rapport over migrerende dieren weinig opbeurend: meer soorten in gevaar en uitstervingsgolf dreigt

Een op de vijf bedreigde diersoorten, is de afgelopen twintig jaar nog dichter bij uitsterven beland. Dat komt voornamelijk door landbouw, overbevissing en verlies of versnippering van hun leefgebied.

Charles Picavet lijdt aan een zeldzame zwellingsziekte en is enorm geholpen met ‘crispr-cas’, de razendsnelle ‘knip-en-plak’-techniek voor DNA. Foto onder: Picavet als jongeman, met gezichtsoedeem.

Bij eerste Nederlander die nieuwe gentherapie krijgt, verdwijnt zwellingsziekte meteen

Tien patiënten die levenslang gebukt gingen onder een erfelijke zwellingsziekte, zijn daar op slag vanaf dankzij één infuus met een nieuwe, experimentele gentherapie. Onder hen twee Nederlanders.

Een ondergelopen straat nabij het Markermeer. ‘Het is echt een bijzonder jaar geweest.’

KNMI: 2023 was het natste jaar ooit, maar tegelijk ook een van de droogste

Het natste jaar ooit in ons land gemeten, was ook een van de droogste. Niet eerder viel er in een jaar zoveel neerslag (ruim een meter!) als in 2023. Maar begin zomer tobde iedereen over de droogte.

Elon Musk

Breinbedrijf Elon Musk plaatst voor het eerst implantaat in de hersenen van een mens

Na eerdere, omstreden, proeven bij apen heeft Elon Musks bedrijf Neuralink nu voor het eerst een implantaat in de hersenen van een mens geplaatst. Zo’n brein-computer-interface helpt bij het uitlezen van hersensignalen.

Uniper wil de kolengestookte energiecentrale op de Maasvlakte de komende jaren omvormen tot een productielocatie van groene waterstof.

'Waterstof is een soort duizenddingendoekje' Maar waar hebben we het precies voor nodig?

De Nederlandse overheid is druk bezig met het afsluiten van contracten voor de levering van waterstof. Deze zomer kwam er een overeenkomst met Spanje, eind november met enkele Golfstaten.