Thymine en 5-chlooruracil.

Door langdurige selectie kun je E. coli zover krijgen om in het DNA een kunstmatige vervanger voor thymine te gebruiken. De vervanger in kwestie, 5-chlooruracil, is een analoog van uracil, en uracil vind je normaal gesproken alleen in RNA en niet in DNA.

De resultaten van het internationale team onderzoekers zijn online gepubliceerd in Angewandte Chemie. Volgens de onderzoekers is thymine van alle vier de nucleobasen het eenvoudigst te vervangen omdat het metabolisme ervan losstaat van de RNA-synthese. Daarom was in E. coli het verstoren één gen, thyA, al voldoende om de synthese van thyminenucleotides uit te schakelen.

Daarna creëerden de onderzoekers een alternatieve metabolische route door twee genen (udp en deoA) te verwijderen waarmee de bacterie alleen thymine en thymidine uit de omgeving kan opnemen, en die te vervangen door het gen ntd. Het enzym hiervan kan namelijk zowel 5-chlooruracil als thymine als substraat gebruiken.

Deze ontstane E. coli-variant kweekten ze vervolgens verder in een simpele opzet waarin elke 10 minuten een vaste hoeveelheid medium in het kweekvat werd gepompt. Als de celconcentratie op dat moment hoger was dan een vooraf vastgestelde waarde, was dat medium met 5-chlooruracil. Was de waarde lager, dan werd er medium met thymine in gepompt. De onderzoekers zagen een stijgende lijn in de consumptie van medium met 5-chlooruracil. Na ongeveer 160 dagen hadden de bacteriën geen medium met thymine meer nodig, wat overeenkwam met ongeveer 1000 generaties.

Na analyse van de samenstelling van het DNA bleek 90 procent van de deoxythymidine te zijn vervangen door chloordeoxyuridine. De onderzoekers vermoedden dat de resterende deoxythymidine afkomstig was van tRNA. In tRNA wordt namelijk na de transcriptie uridine in ribothymidine omgezet. Een mutant waarin het benodigde enzym ontbrak, bleek ongeveer 98,5 procent van de deoxythymidine te kunnen vervangen met chloordeoxyuridine. De resterende anderhalf procent is waarschijnlijk afkomstig van nog een paar enzymen in E. coli die de C5-positie van uracil en cytosine kunnen methyleren.

Na sequensen zagen de onderzoekers dat de op 5-chlooruracil groeiende bacteriën nogal wat mutaties bevatten. Een deel van die mutaties is waarschijnlijk de reden waarom de beestjes nu op 5-chlooruracil kunnen groeien, maar in hoeverre moet nog duidelijk worden. Overigens staat 5-chlooruracil volgens de auteurs niet bekend als een mutageen.

Het voordeel van deze synthetische organismen is dat ze afhankelijk zijn van 5-chlooruracil en daardoor niet meer kunnen overleven onder natuurlijke omstandigheden. Dus mochten ze uit het lab in de vrije natuur terechtkomen, dan is de kans dat ze een bedreiging vormen voor het ecosysteem nihil.

Bron: Freie Universität Berlin

Onderwerpen