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.

door

Dna

Synthetisch DNA krijgt steeds meer eigenschappen van gewoon DNA.

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.

Wiki

De code van DNA lijkt een beetje op computercode. In plaats van enen en nullen heeft DNA vier bouwstenen: A, T, G en C.

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.

Dna

DNA heeft de vorm van een dubbele helix. De nucleotiden zitten niet alleen aan hun buurman vast, maar zijn gepaard met de nucleotide tegenover hen.

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.

Bron:

Vitor B. Pinheiro e.a. Synthetic Genetic Polymers Capable of Heredity and Evolution. Science. Online publicatie op 19 april 2012.

Lees meer over synthetisch DNA op Kennislink: