Synthetisch DNA in opmars

Synthetisch DNA in opmars
Nep-DNA krijgt steeds meer eigenschappen van natuurlijk DNA
Synthetisch DNA is niet nieuw. Wetenschappers werken al jaren aan zelfgemaakte
polymeren met eigenschappen van DNA. Science publiceert deze week een volgende stap in
de ontwikkeling: synthetisch DNA en natuurlijk DNA kunnen in elkaar omgezet worden.
Er zijn weinig natuurlijke stoffen die informatie kunnen opslaan. Laat staan dat ze die
informatie kunnen doorgeven. DNA (desoxyribonucleïnezuur) en RNA (ribonucleïnezuur) zijn
daarin de enigen, al honderden miljoenen jaren lang. Sinds enkele jaren experimenteren
wetenschappers met het bouwen van nieuwe moleculen die dit ook kunnen. En dat lukt
eigenlijk best goed. Er zijn inmiddels verschillende soorten ‘synthetisch DNA’, en we komen
steeds een stapje dichter bij een volledig functionerend synthetisch genoom.
Maar wat hebben we daar eigenlijk aan? Is het niet gevaarlijk? Philipp Holliger, onderzoeker
aan universiteit van Cambridge, laat in een Science Podcast weten dat ze nieuwe eiwitten
hebben ontwikkeld die synthetisch DNA in natuurlijk DNA kunnen omzetten en andersom.
Dat is een essentieel proces voor het kopiëren van genetisch materiaal. Ook is het
synthetisch DNA dat ze gebruiken onderhevig aan evolutie; zwakkere strengen vallen af
terwijl de sterkeren overleven. Dit onderzoek draagt volgens Holliger bij aan het begrijpen
en ontwikkelen van informatieopslag in biologische materialen. In de toekomst kan dit een
hoop betekenen voor biotechnologie, zegt hij.
Een soort computer
Om te begrijpen wat synthetisch DNA kan en hoe het werkt, is een korte introductie in de
wereld van DNA en genen wel handig. In elke cel van ons lichaam zit DNA. Het is opgedeeld
in 23 chromosomen, elk chromosoom bestaat uit een enorm lang DNA-molecuul dat heel
strak opgerold is. Dat molecuul bevat genen, die al onze genetische informatie bevatten. Net
zoals een harde schijf van een computer. Maar waar een computer met twee bouwstenen (1
en 0) werkt, heeft DNA er vier: A, T, G en C. Die bouwstenen heten nucleotiden. Wanneer je
een hoop van die nucleotiden achter elkaar zet krijg je een code, bijvoorbeeld GCCTTAAG.
Een gen kan je een beetje vergelijken met een computerbestand: een afbeelding of mp3’tje
bevat specifieke informatie en bestaat uit een code van eentjes en nulletjes. Een gen bevat
ook specifieke informatie maar bestaat uit een code van nucleotiden (A, T, G en C).
DNA heeft een bijzondere vorm, de dubbele helix. Elke nucleotide is niet alleen in de lange rij
bouwstenen verbonden aan zijn buurman, maar zit ook verbonden aan een nucleotide
tegenover hem. A bindt altijd aan T en C bindt altijd aan G. Zo krijg je dus twee strengen DNA
tegenover elkaar, die samen de bekende dubbele helix vormen. Om het DNA te kunnen
kopiëren of af te kunnen lezen moeten eiwitten eerst die twee strengen van elkaar afhalen,
vervolgens kunnen andere eiwitten de nucleotiden één voor één aflezen.
Andere letters
Nu komen we bij de essentie van het synthetisch DNA, dat ook wel XNA wordt genoemd. Dat
bestaat namelijk niet uit A, T, G en C, maar uit andere letters. Dat zou hetzelfde zijn als
wanneer een computerbestand ineens uit achten en negens bestaat. Een computer kan dat
natuurlijk helemaal niet lezen. Een cel, die met bepaalde eiwitten de code van het DNA kan
lezen, kan de code van XNA dus ook niet lezen. Op die manier kan het XNA in een cel lekker
zijn eigen gang gaan en heeft het geen last van eiwitten die zich er mee bemoeien.
Maar wat is er nu zo bijzonder aan dit onderzoek? De wetenschappers hebben eiwitten
gemaakt die het DNA kunnen aflezen en op basis daarvan XNA maken, en andere eiwitten
die precies het omgekeerde doen. Het zijn dus een soort vertaaleiwitten. Alsof je een
computerprogramma hebt die de achten en negens van het computerpbestand hierboven
om kan zetten naar leesbare enen en nullen. Op die manier zijn we er straks misschien toe in
staat om een zogenaamd orthogonaal genoom te maken: een genoom van zowel XNA als
DNA, waarbij het XNA genen heeft die nieuwe functies hebben. Die kunnen dan
onafhankelijk van de eigen functies (die natuurlijk worden gecodeerd met DNA) worden
uitgevoerd.
Don’t panic!
Geeft dat dan geen reden tot paniek? Synthetisch DNA heeft net als bepaalde virussen en
kernenergie ‘dual-use’. Dat wil zeggen dat het voor zowel onschuldige als kwade praktijken
kan worden gebruikt. Tot nu toe wordt XNA alleen nog maar in onderzoekslaboratoria
gebruikt en is er nog geen enkele reden het op de commerciële markt te brengen. De
medische wereld maakt inmiddels al gebruik van losse XNA-nucleotiden. Ze zorgen er voor
dat virussen en kankercellen zich niet kunnen verspreiden. De wetenschappelijke
toepassingen zijn eveneens schaars. XNA wordt als hulpmiddel ingezet om bepaalde
processen in de cel te begrijpen en te kijken naar het ontstaan van het leven. Voor ons, de
niet-wetenschappers, heeft XNA nog geen nut. Het zal nog wel tientallen jaren duren
voordat de wetenschap zo ver is.
Door Tom de Kievith
http://www.kennislink.nl/publicaties/synthetisch-dna-in-opmars