Design-DNA houdt discrete gebeurtenissen bij

Biomedici van Boston University (VS) hebben twee verschillende synthetische genetische netwerken bedacht die kunnen bijhouden hoe vaak een bepaalde gebeurtenis heeft plaatsgevonden. Beide netwerken kunnen daadwerkelijk een E.coli-bacterie tot drie laten tellen, zo melden James Collins en collega’s in Science.

Beide netwerken zijn gebaseerd op een cascade van gen-activeringen, waarbij de volgende stap telkens wordt gestart dor ee externe prikkel. De eerste stappen maken alleen de weg vrij voor de volgende. De laatste stap heeft een ‘zichtbaar’ gevolg, in dit geval de vorming van groen fluorescerend kwalleneiwit.

Het eerste mechanisme is ‘riboregulated transcriptional cascade’ (RTC) gedoopt. Hierbij produceert elk gen in de cascade een RNA-polymerase-eiwit, dat het volgende gen activeert. Er zit echter een moleculaire ‘rem’ op die de hechting van een ribosoom aan het geproduceerde RNA blokkeert en zo de eiwitproductie voorkomt. Die rem wordt gelost wanneer hij van de cis- in de transvorm wordt gezet door een kort RNA-fragment. En dát fragment wordt weer gevormd bij aanwezigheid van de suiker arabinose. Kort samengevat telt dit mechanisme dus korte arabinosepulsen.

Het tweede mechanisme heet ‘DNA invertase cascade’ (DIC). Zoals de naam al zegt werkt het met DNA-invertase, een eiwit dat na vorming zijn eigen gen saboteert door het uit de DNA-keten te knippen en het achterstevoren weer terug te zetten. Het gen is echter uitgebreid met een promotor die er achterstevoren in zit: ná omkering wordt deze actief en leidt de expressie van het volgende invertasegen in de keten in. Dankzij ongeveer hetzelfde afremsyseem als bij de RTC kan ook dit mechanisme arabinosepulsen tellen.

De RTC-cascade werkt het beste wanneer er 20 tot 30 minuten tussen de pulsen zit. De DIC is meer geschikt voor een paar pulsen per dag, weaarbij die pulsen zelf ook wat langer mogen duren.

Collins voorziet dat deze uitvinding vooral nuttig is als veiligheidssysteem. “Als je een gemodificeerd organisme in het milieu loslaat als biosensor, of in een mens injecteert om een geneesmiddel af te leveren, dan wil je zeker weten dat dat organisme na een tijdje niet meer in het milieu of in het lichaam aanwezig is.”

De teller zou daarvoor moeten zorgen door na een vast aantal celdelingen of externe signalen een zelfvernietigingsmechanisme in te schakelen.

bron: Boston University