Nieuwsbrief

Blijf wekelijks op de hoogte van het beste uit De Kennis van Nu en het laatste nieuws!

MELD JE AAN
Daar is de synthetische bacterie
Onderzoekers van het J. Craig Venter Instituut zijn erin geslaagd een ‘lege’ bacterie tot leven te wekken door er synthetisch DNA in te stoppen. Zo herschiepen ze Mycoplasma mycoides, een bacteriesoort die al bestond. Het is een eerste stap naar... ja, wat eigenlijk?

Dat hij ermee bezig was, wist iedereen. Eigenlijk had de beroemde geneticus Craig Venter zelf verwacht een jaar of drie geleden al klaar te zijn. Maar de uitdaging bleek groter dan voorzien. Nu is het dan toch zo ver: Venter’s onderzoeksinstituut heeft al het erfelijk materiaal van een bacterie vervangen door een in het lab gemaakte sliert DNA, die vervolgens de controle over de cel overnam.

De zo ontstane bacterie kon zich vermenigvuldigen en is dus de eerste synthetische levensvorm ooit, zou je met een beetje goede wil kunnen zeggen. De mijlpaal, die in Science wereldkundig is gemaakt, onderstreept nog een keer dat DNA de kern van het leven vormt, en dat de mensheid daaraan naar believen kan sleutelen. Het tijdperk van de synthetische biologie is nu echt begonnen, en de mogelijkheden lijken eindeloos.

Het is natuurlijk niet zo simpel als dat klinkt. Uit het artikel in Science blijkt dat het maken van de bijzondere bacterie een gigantische, peperdure en soms frustrerende klus was. En dat terwijl het eindresultaat op het eerste gezicht gewoon een bacterie is van de soort Mycoplasma mycoides. Dat was namelijk de bacterie waarvan al het DNA door machines is nagebouwd.

Knippen en plakken
Om te beginnen werden daarmee DNA-ketens van iets meer dan duizend basenparen gemaakt, waarvan de precieze basenvolgorde nauwgezet gecontroleerd werd. Aan de randen van die sliertjes zaten gebieden waarop een knip- en plakenzym kon aangrijpen. Het kunstmatige DNA werd afwisselend in E.coli-bacteriën en gistcellen vermeerderd en aan elkaar gelast tot stukken van tienduizend, honderdduizend en uiteindelijk ruim een miljoen basenparen, die steeds tussentijds nagekeken werden.

Waarom niet direct de hele streng maken en in een bacterie stoppen? ‘De kans op fouten is vrij groot bij chemische synthese van DNA’, zegt biochemicus Bert Poolman, directeur van het Instituut voor Synthetische Biologie aan de Rijksuniversiteit Groningen. ‘Je wilt je DNA-strengen dus graag stukje voor stukje controleren, anders vind je altijd wel een fout en moet je al het werk steeds opnieuw doen. Bovendien zijn lange strengen erg breekbaar. Tot vijfduizend basenparen kun je er los mee in een reageerbuis werken, maar als zo’n streng langer wordt, lukt het alleen in bacterie- of gistcellen, die natuurlijke reparatiemechanismen aan boord hebben.’

Verwante soort
Toen de hele sliert van meer dan een miljoen basenparen klaar was, volgde stap twee: het implanteren in een bacterie, waaruit eerst het oorspronkelijke DNA was verwijderd. Dit was er eentje van de verwante soort Mycoplasma capricolum. Een speciale versie, waarin de enzymen ontbraken die normaliter vreemd DNA in stukken knippen. Toch ging het steeds mis.

Na veel speurwerk bleek dat aan een piepklein foutje in het DNA te liggen, dat door alle controles was geglipt. Veel werk moest dus opnieuw gebeuren, maar dankzij de stapsgewijze aanpak gelukkig niet alles. De vernieuwde versie sloeg wél aan, dat wil zeggen dat de bacterie eiwitten begon te maken, groeide en zich deelde. Zo ontstonden miljarden bacteriën.

Geheimtaal
Het waren functionerende exemplaren van de soort Mycoplasma mycoides, maar dan net een beetje anders. Dat lag aan een paar foutjes die blijkbaar niet zo belangrijk waren, plus aan iets extra’s. De onderzoekers hadden stukken DNA ingebouwd als een soort watermerken. Wat er precies in de code staat, wil Venter niet zeggen, maar het gaat om vier gebieden die allerlei informatie bevatten in een zelf ontwikkelde geheimtaal. Het eerste gebied bevat de sleutel voor ontcijfering van de rest, en wie de puzzel oplost, wordt naar een website geleid. Het klinkt als een ludieke manier om slimme nieuwe medewerkers te werven.

Terug naar de ‘synthetische bacterie’. Is dit nu de eerste keer dat nieuw leven is gemaakt in het lab? Tja. Bert Poolman vindt het ‘een heel moeilijke vraag’. Nieuw leven is het feitelijk niet, want ‘deze onderzoekers maken gebruik van een cel die nog alle oorspronkelijke componenten heeft, zoals enzymen, tRNA’s, structurele eiwitten, vetten en suikers. Je kunt het vergelijken met een computer waarin je het besturingssysteem vervangt. Dan heb je niet opeens een nieuwe computer.’

Maar ja, een computer plant zich niet voort, en deze bacterie wel. Het in het laboratorium vervaardigde DNA bepaalt precies hoe de nakomelingen in elkaar zitten, en de bacterie waarvan het omhulsel is gebruikt, heeft niets in te brengen. Na een paar generaties is er van de ‘opstartbacterie’ niets meer te zien.

Synthetische cel?
De Delftse nanotechnoloog Cees Dekker noemt het werk van Venter en zijn team een belangrijke prestatie, maar vindt ook niet dat hier leven in het lab is geschapen: ‘In de paper noemen de onderzoekers het resultaat van hun handelen een “synthetische cel”. Dat gaat mij te ver, omdat ze feitelijk maar een deel van de cel hebben veranderd, het DNA. Een essentiële component, dat wel, maar het is iets anders dan een hele cel opbouwen uit levenloze materialen.’

Het roept de vraag op wat leven eigenlijk is. Leeft een streng DNA, leeft een cel zonder DNA? Of is er pas sprake van leven als de twee worden samengevoegd? Het is een kwestie van definitie. Craig Venter zegt het zo: ‘Leven is in feite een resultaat van een informatieproces. Het is een softwareproces. Onze genetische code is onze software.’

Die software wordt dus steeds toegankelijker, en kan zelfs helemaal worden overgeschreven, al is het maken van synthetische meercelligen nog heel ver weg. Venter wil er hele nieuwe soorten mee creëren, die nuttige dingen doen. Zoals biobrandstoffen produceren, of voedingsstoffen, of geneesmiddelen. Het helemaal vervangen van alle DNA van een organisme zal daarvoor vaak niet nodig zijn, maar DNA op de computer ontwerpen en dat vervolgens in een levende cel aan het werk zetten wordt ooit misschien heel gewoon. Intelligent design, zeg maar.

Elmar Veerman

Daniel G. Gibson e.v.a: 'Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome', Sciencexpress, 20 mei 2010