Verbouwde bacterie gaat natuurlijk boekje te buiten

Alle levende wezens gebruiken slechts twintig verschillende bouwstenen voor de fabricage van de eiwitten waaruit ze bestaan. Mens en dier, plant en bacterie, alle beperken ze zich tot deze set van twintig aminozuren. De natuur biedt nog tientallen andere veelvoorkomende aminozuren. Maar geen enkel organisme doet daar iets mee.

Biologen kennen de reden van deze zuinigheid niet. Wel hebben ze achterhaald dat de beperking vastligt in het DNA. DNA is een verzameling chemische letters die de recepten voor eiwitten vormen. Deze letters schrijven voor welke aminozuren aaneengeregen moeten worden om een bepaald eiwit te maken. Groepjes van drie DNA-letters staan steeds voor één aminozuur. Zo duidt ATG op methionine en CCA op proline.

In totaal zijn er vier DNA-letters: A, C, T en G. Deze kunnen samen 64 verschillende groepjes van drie vormen (4x4x4). In principe kent de DNA-taal dus voldoende variatie om 64 verschillende aminozuren of 'ingrediënten' te gebruiken. Maar de natuur heeft ervoor gekozen om aan de meeste aminozuren meerdere codes toe te kennen. Arginine heeft er bijvoorbeeld zes. Voor andere dan de twintig standaard aminozuren blijven er daardoor geen codes over, zodat ze niet kunnen worden ingebouwd in een eiwit.

Biochemici melden in Science van 20 april dat ze deze universele beperking voor het eerst hebben opgeheven. Ze hebben de bacterie E. coli genetisch zodanig bewerkt dat zij een vreemd aminozuur in haar eiwitten accepteerde. Dat vergde heel wat gesleutel. Zo moesten de onderzoekers diverse genen uit een ander organisme (een archeale bacterie) overplanten in E. coli. Daarna moesten ze een aantal manipulaties uitvoeren aan moleculen die betrokken zijn bij het herkennen en inbouwen van aminozuren. Maar de biochemici zijn erin geslaagd: ze kregen de bacterie zover dat zij het ongebruikelijke aminozuur O-methyl-L-tyrosine in haar eiwitten toeliet.

Een ander onderzoeksteam gebruikte een afwijkende methode, met hetzelfde resultaat. In dit geval richtten de biochemici zich op het natuurlijke controlemechanisme waarmee de bacterie voorkomt dat zij verkeerde aminozuren inbouwt. Ze kweekten de bacterie net zolang totdat er een variant ontstond met een slechte controlefunctie. Vervolgens probeerden ze haar aminozuren te laten inbouwen die leken op een vertrouwd exemplaar. En de bacterie trapte erin: zij voegde ze aan haar eiwitten-in-wording toe.

Deze technieken betekenen een grote stap voorwaarts in de biotechnologie, stelt een commentator in Science. Hij verwacht dat gemodificeerde bacteriën in de toekomst allerlei fantasieaminozuren zullen inbouwen. Bijvoorbeeld aminozuren met grote zijketens die een chemische of medicinale werking hebben. Biochemici moeten dan wel eerst de benodigde aminozuren maken, maar dat is eenvoudiger dan het in elkaar draaien van complete eiwitten. Verder wordt het wellicht mogelijk om genetisch veranderde gewassen te kweken die afhankelijk zijn van een niet-natuurlijk aminozuur. Mochten deze planten ontsnappen in de natuur, dan maken ze geen schijn van kans; ze kunnen het milieu niet meer 'besmetten' met hun nieuwe genen. In dit geval zou de ene tegennatuurlijke ingreep het gevaar van de andere opheffen.