Half-synthetische gistcel gebouwd

Scanning Elektronenmicrosopie-opname van de syn6.5-giststam, die bezit ongeveer 31 procent synthetisch dna maar vertoont een normale morfologie en knopvorming. Foto: Cell, Zhao e.a., 2023

De gistcel met synthetisch ‘designergenoom’ is nog niet af, maar het is biotechnologen al wel gelukt een gistcel met voor de helft synthetisch dna te maken.

Het Synthetic Yeast Genome Project (Sc2.0) presenteert in Cell van 8 november de eerste gistcel (Saccharomyces cerevisiae) met een genoom dat voor de helft synthetisch is. De publicatie is onderdeel van een serie papers in Cell, Molecular Cell, en Cell Genomics over onderdelen van het gistproject. Synthetische genomen voor bacteriën en virussen bestonden al, maar het wereldwijde Sc2.0-consortium wil dit ook voor een eukaryoot genoom bewerkstelligen. Met deze half-synthetische gistcel zetten ze daartoe nu de eerste grote stap.

Beeldmerk van het internationale Sc2.0-consortium dat is opgericht door synthetisch bioloog Jeff Boeke (nu: New York University) en voort komt uit de mastercursus 'Build a Genome' die vanaf 2010 aan Johns Hopkins University School of Medicine in Baltimore werd gegeven (Cell Genomics, 8 november).

De uitdaging voor een eu-in plaats van prokaryoot synthetisch genoom ligt onder andere in de veelvoud aan chromosomen die nodig zijn. Binnen het Sc2.0-consortium ontwikkelden verschillende teams elk één synthetisch chromosoom, zodat in totaal zeven volledige synthetische chromosomen en een chromosoomarm beschikbaar waren.

KRUISINGEN

Uit gistcellen met elk één synthetisch chromosoom – gistcellen bevatten in totaal zestien chromosomen – probeerden onderzoekers vervolgens door kruisingen een gistcel te creëren die alle verschillende synthetische chromosomen bevatte. Aangezien dat slechts ten dele lukte, ontwikkelden ze een nieuwe methode om hele chromosomen te vervangen. Als proof of concept van deze methode vervingen ze bij de deels synthetische gistcel een van de natuurlijke chromosomen voor een nieuw synthetisch chromosoom. Zo lukte het uiteindelijk om een gistcel te creëren met meer dan 50 procent synthetisch dna. Het Sc2.0-project is niet alleen opgezet om fundamentele kennis over chromosomen te vergroten, maar ook om nieuwe biotechnologische toepassingen mogelijk te maken. Van het synthetische deel van het genoom van de gistcel maakten onderzoekers daarom naar eigen zeggen een ‘designergenoom’, met allerlei biotechnologische snufjes. Zo bouwden ze een Cre-recombinase-systeem in dat SCRaMbLE heet en op commando de genvolgorde door elkaar kan gooien. Ook ontwikkelden ze een watermerksysteem om synthetische en natuurlijke genen gemakkelijk te onderscheiden met PCR.

Van ongeveer een vijfde van het gistgenoom is nog geen functie bekend

Hoewel de oorspronkelijke gistcellen met een enkel synthetisch genoom geen problemen vertoonden, ontstonden in de uiteindelijke half-synthetische gistcel wel mankementen. Sommige leken een optelsom van kleine foutjes te zijn, andere kwamen voort uit interacties tussen verschillende genen. Een deel van deze ‘bugs’ wisten ze te verhelpen met nog een nieuwe methode, gebaseerd op Crispr-Cas9. Synthetisch biologen Geoffrey Taghon en Elizabeth Strychalski van het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology spreken in een preview in Cell Genomics van een ‘nieuw tijdperk voor biotechnologie’ door Sc2.0. Wel zien ze nog belangrijke uitdagingen voor een volledig synthetisch gistgenoom. Zo is van ongeveer een vijfde van het gistgenoom nog geen functie bekend, en moet er nog een veiligheidstool worden ingebouwd om biocontainment te waarborgen¹.

Synthetisch bioloog Jeff Boeke legt in 2010 uit waar het Sc2.0-consortium aan werkt:

¹ 'Voorkomen' vervangen door 'waarborgen' (13 november, GvM)