Grootste wetenschappelijke doorbraak met iets kleins

Meestal open ik op maandag nieuwsgierig en met een gezonde dosis spanning mijn mailbox. Dan ontvang ik namelijk mijn wekelijkse overzichtsmails over net verschenen wetenschappelijke artikelen op mijn onderzoeksonderwerp en van enkele onderzoekers waarvan ik het werk volg.

26 april 2016

Soms schieten de stresshormonen een beetje omhoog, want dan lijkt een titel een beetje op wat ikzelf onderzoek. Het zal toch niet dat anderen me voor zijn met het publiceren van wat ik doe…. Gelukkig, dat valt tot nu toe mee. Vaak zijn de meeste titels en bijbehorende samenvattingen vrij taaie kost en niet wereldschokkend. Kleine stapjes in de wetenschap en soms interessant genoeg voor mij om wat verder over te lezen. Maar laatst las ik vlak voor het slapen gaan, een titel met bijbehorende samenvatting die ik meteen wilde doornemen.

Excentrieke wetenschapper en multimiljonair

Deze keer niet per ‘alert’ e-mail, maar via de ‘I fucking love science’ pagina op Facebook (aanrader!) zag ik een veelbelovende link. Deze leidde naar een nieuw artikel in het wetenschappelijke toptijdschrift Science, geschreven onder leiding van een van de bekendste (synthetische) biologen ter wereld en multimiljonair: Craig Venter.
Hij werd vooral zo rijk doordat hij begin deze eeuw de DNA-code van het menselijk genoom als eerste wist te ontcijferen. Het eerste volledige bepaalde menselijk genoom ooit was trouwens zijn eigen genoom! Vorig jaar was ik met collega’s op bezoek in zijn eigen onderzoeksinstituut in Californië. Zijn kantoor is gigantisch, met uitzicht op de zee en met een Harley Davidson midden in zijn kantoor!

Nico Claassens met zijn collega’s bij het Craig Venter Institute
Yue Lu

Grote doorbraak

Terug naar waar dit opwindende artikel over ging: Venter deed best wel een grote doorbraak, met iets heel kleins. Samen met zijn medewerkers is hij er na jaren werken in geslaagd het genoom, zeg maar het computerprogramma van een bacterie, fors te verkleinen. Veel bacteriën, zoals mijn favoriete labbacterie E. coli, hebben flinke ‘computerprogramma’s’ die bestaan uit bijna 5 miljoen DNA-letters. Daarin zijn al hun genen en andere informatie voor de cel opgeslagen. Mensen hebben overigens nog grotere programma’s, wel van zo’n 3 miljard letters lang. Deze letters van deze grote genomen kunnen we tegenwoordig, ook mede dankzij het werk van Venter, redelijk snel en goedkoop uitlezen. Maar begrijpen waar al die letters en genen voor nodig zijn is veel ingewikkelder. Synthetische biologen willen bacteriën herontwerpen voor allerlei functies. Een kleiner genoom is hiervoor misschien makkelijker. Bacteriën hebben ook veel genen die voor veel toepassingen waarschijnlijk overbodig zijn. Vergelijk het maar met je telefoon, die heeft ook heel veel apps standaard geïnstalleerd, maar je gebruikt er meestal maar een paar. Het verwijderen van apps maakt je telefoon overzichtelijker en sneller, voor bacteriën werkt dit wellicht ook wel.

Het uitzicht vanuit het kantoor van Craig Venter
Marcelle van der Waals

Bacterie ‘software’

Venter koos daarom voor een bacteriesoort genaamd Mycoplasma mycoides, die van zichzelf al een van de kleinste genomen heeft: 1 miljoen baseparen. Venter en sommige collega’s in zijn instituut hebben na jaren experimenteren ontdekt welke delen van dit genoom niet nodig lijken voor groei van de bacterie. En daarmee konden ze na een paar keer herontwerpen een synthetisch genoom ontwerpen en bouwen dat maar iets meer dan een half miljoen baseparen groot is. Het DNA voor dit genoom knutselden ze uit heel veel kleine stukken zelf aan elkaar en implanteerden ze vervolgens in een andere Mycoplasma soort, waaruit ze het originele genoom verwijderden. Het ‘verkleinde computerprogramma’ bleek goed genoeg om de ‘hardware’ van de bacterie aan te sturen. De ‘synthetische’ bacterie bleek prima te groeien! Deze synthetische bacterie groeit ook een stuk sneller dan het organisme met het kleinste bekende natuurlijke genoom. Dat is Nanoarchaeum equitans, die heeft 0.49 miljoen DNA-letters.

Het onderzoek van het Craig Venter Institute in Science
Visser et al., Science Advances, 2018

Feestje

Al met al is het een echte doorbraak voor de synthetische biologie. En Craig Venter en zijn collega’s hebben hiervoor vast een klein feestje gebouwd, misschien wel op het prachtige dakterras van hun instituut, waar ik vorig jaar mocht lunchen. Maar ze hebben vast niet al te lang gefeest, want er is voor hun en andere onderzoekers nog veel te doen. Kan het nog kleiner? Kunnen we begrijpen waarom bepaalde genen overbodig zijn en andere niet? Kunnen we het kleine genoom van deze synthetische bacterie bijvoorbeeld ombouwen voor het efficiënt produceren van biobrandstoffen ? Is deze synthetische bacterie misschien wel ideaal om fotosystemen in te bouwen zodat hij op lichtenergie gaat groeien, wat ik in mijn project onderzoek, maar dan met de ‘ingewikkeldere’ E. coli bacterie.

Vrijdagmiddagborrel van Nico Claassens
Nico Claassens

Vragen waardoor ik wat moeilijker in slaap kon komen die avond. Maar de dag erna had ik bij mijn vrijdagmiddagborrel met collega’s wel goede wetenschappelijke gespreksstof!