handboeien - Marianne Heselmans

Biotechnologie
Een nieuwe genetisch
gemodificeerde bacterie kan
alleen overleven op een
synthetische voedingsstof. Mocht
hij ontsnappen, dan gaat hij
meteen dood.
Door Marianne Heselmans
asmiddelenenzymen,
antibiotica, penicilline, bioplastic. Genetisch gemodificeerde
bacteriën en schimmels produceren honderden nuttige stoffen voor ons. De kans
op ontsnapping uit reactorvaten is klein.
Maar soms kan een medewerker per ongeluk wel eens wat knoeien en dan zijn laboratoriumjas laten slingeren, of vergeten
zijn handen te wassen. En misschien weet
zo’n reactororganisme zich dan wel eens te
verspreiden.
Om dat risico te verminderen, hebben
synthetisch biologen nu industriële bacteriën gemaakt die buiten de kweekreactor
of reageerbuis kansloos zijn. Ze kunnen namelijk alleen nog groeien op een bepaalde,
synthetische voedingsstof die in de natuur
niet voorkomt: een aminozuur met de
naam BipA (bifenylalanine).
Twee onafhankelijke Amerikaanse onderzoeksgroepen beschrijven deze week
in N ature hoe ze hiervoor de genetische
machinerie hebben veranderd van ‘hun’
bacterie: een aantal essentiële eiwitten
kunnen in die bacterie alleen nog functioneren als ze een vreemd aminozuur krijgen ingebouwd (aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten).
Al sinds de jaren negentig komen laboratoria met technieken om ongewenste verspreiding van gemanipuleerde bacteriën
of planten te voorkomen. Bijvoorbeeld
door een gen in te bouwen dat bij kou de
vermeerdering gaat blokkeren, of voor een
dodelijke stof gaat zorgen. Maar zo’n enkel
ingebouwd ‘veiligheidsgen’ – bestaande uit
een paar duizend basenparen (letters) –
kan gemakkelijk via spontane mutaties of
DNA-overdracht verdwijnen. Het DNA verandert immers voortdurend.
Om dit te ondervangen pakten de teams
van George Church en Farren Isaacs (Yale
University) het grondiger aan. In hun
nieuwe bacteriën, laboratoriumvarianten
van de darmbacterie E scherichia coli, veranderden ze enkele miljoenen letters, verspreid over het hele DNA. Echt nieuw is
hun truc om een zogenoemd stopcodon,
een erfelijkheidsmolecuul met de code,
‘Stop hier met eiwit maken’, te veranderen
in een codon met de boodschap ‘Bouw hier
dit vreemde aminozuur in’.
Volgens George Church is zijn methode
zo veilig omdat de bacterie vele veranderingen over het hele DNA moet terugdraaien, om die ingebouwde veiligheidstruc te omzeilen. „De kans dat dit lukt is
verwaarloosbaar.”
De kans dat zo’n bacterie ontsnapt is inderdaad kleiner, denkt biotechnologieconsultant Huib de Vriend. „Maar om dit zeker
te weten, moeten er meer experimenten
mee worden gedaan”, vindt hij. „De Amerikanen vonden na twee weken testen geen
bacterie die de genetische ingreep had teruggedraaid. Maar hoe is dat na een jaar?”
Wereldwijd worden ook micro-organismen gemodificeerd om buiten reactoren
hun werk te doen, bijvoorbeeld bacteriën
die in darmen ontstekingsremmers produceren, in bodems giftige stoffen afbreken,
of bij plantenwortels voor betere gewasgroei zorgen. Nu worden gemanipuleerde
‘buitenwerkers’ nog niet gebruikt vanwege
de kans op ongewenste vermeerdering.
W
ILLUSTRATIE SPENCER KATZ
Bacterie met
ingeb ouwde
handboeien
Synthethisch biologen ontwerpen compleet nieuwe bacteriën. Ze bouwen zoveel moleculaire afhankelijkheid in dat de bacterie niet kan ontsnappen.
GENETISCH GEHEEL VERBOUWD
In Leuven maken onderzoekers nog veiliger bacteriën met nep-DNA
De Amerikaanse onderzoekers hebben
hun bacteriën flink
moeten verbouwen om
ze veiliger te maken.
Bijvoorbeeld het team uit
Yale verving eerst in het
hele DNA alle stopcodons met de drie letters
TAG door een andere
stopcodon met dezelfde
betekenis. Vervolgens
bouwden ze dit codon
TAG in de genen die coderen voor 21 essentiële
eiwitten, op zo’n manier
dat het daarin zorgde
voor de boodschap:
‘Bouw dit vreemde aminozuur in’.
De synthetisch biologen voorzagen de bacterie ook van DNA voor
aangepaste enzymen,
bijvoorbeeld enzymen
die het vreemde aminozuur zodanig inbouwen,
dat er een goed gevouwen eiwit ontstaat. Hoe
de aangepaste enzymen
moesten worden gevouwen, hadden ze eerst
met driedimensionale
computermodellen berekend.
Het kan nóg grondiger.
De Universiteit Leuven
maakt nu een bacterie
waarin de groei niet alleen afhankelijk wordt
gemaakt van een vreemd
aminozuur, maar ook van
synthetisch gemaakte
bouwstenen van het erfelijk materiaal; zogenoemd XNA, ofwel
nep-DNA. De Leuvense
bacterie krijgt behalve
‘gewoon’ DNA, ook nog
een strengetje XNA waar
hij afhankelijk van wordt
gemaakt. X staat dan
voor een synthetische
suikerketen in plaats van
de natuurlijke suikerketen D in DNA.
De bacterie is zo dubbel afhankelijk, en
daarom nog veiliger, aldus onderzoeksleider
Piet Herdewyn. Het onderzoek loopt nog, zegt
hij: „Zo’n fundamentele
verandering doorvoeren
kost wel meer tijd.”
Church denkt dat zijn technologie de acceptatie ervan zal vergroten. De Vriend betwijfelt dit. „Veel mensen vinden het nog
steeds eng klinken: genetische modificatie.
Een fundamenteel probleem is ook dat
mensen niet zelf kunnen controleren of
deze nieuwe organismen nu echt veiliger
zijn. Wie kan die synthetische biologie nog
volgen?”
De Amerikanen zien een bijkomend
commercieel voordeel van hun techniek
voor biotechnologische bedrijven. Door de
mix van benodigde synthetische voedingsstoffen geheim te houden, wordt het voor
concurrenten moeilijker diezelfde bacteriën illegaal te kweken. Het team uit Harvard verbetert zijn bacterie nu verder door
hem in plaats van een, van zeven verschillende vreemde voedingsstoffen afhankelijk te maken. Intussen hebben de teams
deze nieuwe type organismen ook een eigen naam gegeven: G enetically R ecoded O rganisms (GRO’s): door de mens opnieuw
gecodeerde organismen.