DOOR AAFKE KOK - FOTO IMAGESELECT - 12-06-2021 - Microbiologie
E. coli (groen) die geïnfecteerd wordt door T4-fagen (geel). De Syn61Δ3-stam heeft geen last van zulke infecties, omdat hij sommige codons niet op de gebruikelijke wijze afleest.
Dankzij slimme aanpassingen in een E. coli met synthetisch genoom, zijn fagen kansloos tegen de bacterie. Die kan nu bovendien kettingen van niet-canonieke aminozuren produceren.
Door enkele codons een nieuwe bestemming te geven en de bijbehorende t-rna-moleculen aan te passen, is het Britse biologen gelukt om hun E. coli Syn61Δ3 kunstmatige polymeren te laten produceren. De speciale bacteriestam met synthetisch genoom is dankzij de aanpassingen bovendien resistent tegen een cocktail van fagen (Science, 3 juni).
Trucje
In een eerdere versie van hun synthetische E. coli maakten de Britten al handig gebruik van het feit dat verschillende codons synoniem zijn aan elkaar – er zijn immers 64 mogelijke drielettercombinaties, en maar 20 canonieke aminozuren. In een experiment uit 2019 vervingen de biologen daarom alle TCG-codons in het synthetische E. coli -genoom voor AGC-codons; beide resulteren na aflezen normaal in het aminozuur serine. Hetzelfde trucje haalden ze uit met TCA, dat ze steeds vervingen door AGT, en met stopcodon TAG, waarvoor ze synoniem TAA inbouwden.
Resisten
Voor het huidige paper zetten de Britten de volgende stap: door bijbehorende genen weg te halen verwijderen ze de t-rna-moleculen die normaal in ribosomen de juiste aminozuren invoegen als ze aan TCG- of TCA-codons koppelen.
De synthetische E. coli heeft die codons weliswaar zelf niet meer, maar nu kan de bacterie de codons ook niet meer aflezen als er viraal dna de cel binnen komt. Dat betekent dat fagen geen gebruik kunnen maken van de gastheer om het virale genoom netjes af te lezen en zo nieuwe virusdeeltjes te maken; de nieuwe E. coli blijkt dan ook resistent tegen een scala aan fagen.
Sliert
Vervolgens voegen de biologen de vrijgespeelde codons TCG en TAG juist weer toe aan het synthetische E. coli-genoom. Bovendien geven ze de bacterie bijpassende t-rna-moleculen, die voor deze codons niet een canoniek aminozuur aan een eiwit toevoegen, maar een door de biologen gekozen monomeer. Met dit systeem slagen de Britten erin de bacterie een ubiquitine-eiwit te laten bouwen, met op een specifieke plek niet een standaard aminozuur, maar een kunstmatige monomeer. Ook kan de bacterie ketens van tot wel acht gekoppelde monomeren produceren – als een sliert, of een ringvormige polymeer.
high-risk/high-gain
‘Het is indrukwekkend werk’, oordeelt Vitor Martins dos Santos, hoogleraar systeem- en synthetische biologie in Wageningen. ‘Het synthetische genoom uit 2019 was al een hele klus, nu gaan ze nog een stapje verder. Zodanig dat fagen echt geen gebruik kunnen maken van de cellulaire machinerie. Fagen kunnen een groot probleem zijn in de biotechnologie, bijvoorbeeld door afgekeurde batches of producten van mindere of afwisselende kwaliteit. Bovendien gebruiken de onderzoekers nu de vrijgespeelde codons om niet-canonieke aminozuren in te brengen. Dat opent heel veel mogelijkheden voor het maken van volledig nieuwe polymeren en andere waardevolle stoffen. Ik denk ook dat dit een mooi voorbeeld is van intellectueel vernieuwend onderzoek, dat mogelijk is dankzij omvangrijke financiële investeringen in Groot-Brittannië om spannende, high-risk/high-gain ideeën te laten onderzoeken, ook al zijn de toepassingen ver in de toekomst en was er geen onmiddellijke interesse vanuit de industrie. Nu wel, dus.’