Zelfbedachte, niet in de natuur voorkomende synthetische eiwitten kunnen essentiële enzymfuncties overnemen en een bacterie in leven houden, ondanks dat ze er heel anders uitzien dan de enzymen waarvoor het eigen DNA van die bacterie codeert. Het experimentele bewijs levert Princeton-hoogleraar Michael Hecht deze week in PLoS ONE.

Hecht en collega’s bouwden om te beginnen een bibliotheek van anderhalf miljoen verschillende kunstmatige eiwitten, elk opgebouwd uit 102 aminozuren. De volgorde was niet helemaal willekeurig: door polaire en niet-polaire aminozuren in te bouwen in een bepaalde volgorde, wisten de onderzoekers te bereiken dat hun eiwitten zich allemaal op dezelfde, tamelijk simpele manier vouwden tot vier parallelle spiralen.

Het DNA dat codeerde voor deze eiwitten, brachten de onderzoekers vervolgens willekeurig in in E.coli-bacteriën. Van tevoren was daarin telkens één van de eigen genen uitgeschakeld. Daarbij werden genen uitgezocht die deze bacterie gemakkelijk kan missen wanneer zij een overmaat aan voedingsstoffen krijgt, maar die essentieel zijn om te overleven bij gebrek aan voedsel.

Sommige van die bacteriën bleken inderdaad niet te willen groeien op een ‘minimaal’ voedingsmedium. Maar bij vier experimenten deden ze dat wél. Niet echt van harte, maar toch. Kennelijk was de functie van het ontbrekende enzym, dat had moeten worden aangemaakt door het uitgeschakelde gen, overgenomen door een van de nieuw geïntroduceerde eiwitten.

De vier enzymen in kwestie zijn fosfoserinefosfatase(serB), citraatsynthase (gltA), threoninedeaminase (ilvA) en enterobactine-esterase (fes). Hun functies lopen dus zeer sterk uiteen.

Hecht heeft ook nog uitgezocht welke van de 1,5 miljoen synthetische enzymen precies de invallers waren. In totaal waren het er 18, waarbij de meeste functies door meerdere varianten konden worden vervuld.

Theoretisch was het natuurlijk te verwachten: bij de meeste enzymen is slechts een heel klein deel van het totale molecuul verantwoordelijk voor de katalytische werking, en zelfs dát deel kun je op verschillende manieren ontwerpen om hetzelfde effect te krijgen. Maar dat het ook daadwerkelijk lukt om een bestaand enzym door iets nieuws (en bovendien veel simpelers) te vervangen, is nog steeds een belangrijke doorbraak binnen de synthetische biologie.

bron: Princeton