[PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Delftse onderzoekers bouwen kunstmatig chromosoom

From: Jerwin de Graaf <J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
To: "pwc-media@xxxxxxxxxxxxx" <pwc-media@xxxxxxxxxxxxx>
Date: Mon, 11 Jan 2021 13:06:51 +0000

Delftse onderzoekers bouwen kunstmatig chromosoom

Biotechnologen van de TU Delft hebben een kunstmatig chromosoom gebouwd in
gist. Het chromosoom kan naast de natuurlijke gistchromosomen bestaan, en dient
als platform om veilig en eenvoudig nieuwe functies aan het micro-organisme toe
te voegen. Onderzoekers kunnen het kunstchromosoom gebruiken om gistcellen om
te bouwen tot levende fabriekjes die in staat zijn om nuttige chemicaliën en
zelfs medicijnen te produceren.

[cid:image003.jpg@01D6E822.FF443300]Biotechnologen van over de hele wereld
proberen gistcellen en andere micro-organismen zo om te bouwen dat ze nuttige
stoffen produceren. Daarbij moeten ze aanpassingen doen in het bestaande
erfelijke materiaal van de cel. Ze plakken bijvoorbeeld een aantal genen in het
gistgenoom met behulp van CRISPR-Cas9, of schakelen bestaande genen uit, en
vormen gistcellen op die manier stapje voor stapje om tot 'celfabriekjes' die
nuttige stoffen produceren.

Het nadeel van deze methode is dat je niet oneindig veel wijzigingen in één
keer kunt doorvoeren, maar dat daarvoor meerdere rondes nodig zijn. Dat kost
tijd. Daarnaast kunnen de meerdere rondes van sleutelen aan het DNA met
CRISPR-Cas9 leiden tot mutaties die (essentiële) functies verstoren. Het
resultaat daarvan kan bijvoorbeeld zijn dat de stofwisseling van de cel van
streek raakt en de gist dus minder goed kan groeien.

Lego
Het voordeel van een kunstmatig chromosoom, zoals de Delftse onderzoekers nu
hebben gebouwd, is dat je er genen aan toe kunt voegen zonder dat je daarbij
ingrijpt in de bestaande functies van de cel. "Wij zien ons synthetische
chromosoom als een platform", zegt PhD-onderzoeker Eline Postma. "Het is een
nieuwe manier om veilig en op een modulaire manier functies aan bakkersgist toe
te voegen - een beetje alsof je Legoblokjes aan elkaar klikt."

Het huidige kunstmatige chromosoom dat de onderzoekers hebben gebouwd, gaat
niet als één lange streng DNA de cel in. Het is namelijk lastig om buiten de
cel zo'n groot stuk DNA te maken. In plaats daarvan maakten de onderzoekers
slim gebruik van een natuurlijk DNA-reparatiemechanisme van gist. Ze brachten
kleine stukjes erfelijk materiaal de cel in, waarbij de uiteinden van de ene
streng exact hetzelfde waren als de uiteinden van weer een volgende streng.
Gistcellen herkennen die identieke uiteinden en knopen ze vervolgens aan elkaar
om ze te 'repareren'. Zo bouwt de cel zelf dus van tientallen losse stukjes één
groot chromosoom.

Uitdaging
Het was voor de onderzoekers een uitdaging om de gistcellen ervan te overtuigen
om het kunstmatige chromosoom als een 'echt' chromosoom te behandelen. "Niet
alleen moest de cel ons chromosoom kopiëren, hij moest er ook voor zorgen dat
het goed onderhouden werd en dat bij de celdeling één kopie in de moedercel en
één in de dochtercel terecht kwam", legt groepsleider Pascale Daran-Lapujade
uit. "Gelukkig weten we welke elementen de cel daarvoor nodig heeft en konden
we de juiste stukjes DNA aan ons synthetische chromosoom toevoegen." Het
werkte: de gistcellen kopieerden braaf het DNA van het synthetische chromosoom,
en de onderzoekers vonden het generaties later terug in dochtercellen.

De onderzoekers hebben hun creatie uitgebreid getest. Ze kopieerden de genen
die verantwoordelijk zijn voor de meest basale functie van een gistcel, de
omzetting van suiker in alcohol, naar het synthetische chromosoom. Vervolgens
schakelden ze de oorspronkelijke genen uit met behulp van CRISPR-Cas9. De
gistcellen konden suikers daarna nog steeds omzetten in alcohol. "Al zagen we
wel dat de gistcellen zich daarna minder snel deelden", aldus Postma. "We
onderzoeken nog waarom dat gebeurt."

Eindeloos
De logische volgende stap is om allerlei nieuwe functionaliteiten aan het
kunstmatige chromosoom toe te voegen en bakkersgist op die manier om te bouwen
tot microscopische kleine, levende fabriekjes. Ook op dit vlak hebben de
Delftse onderzoekers de eerste stap alvast gezet. Ze voegden een biologische
pathway (een reactieketen) voor een pigmentstof met medicinale eigenschappen,
afkomstig uit een plant, aan hun chromosoom toe. En inderdaad: de gistcellen
begonnen het stofje te produceren, zij het in bescheiden hoeveelheden.
De mogelijkheden voor verder onderzoek zijn bijna eindeloos. Er zijn nog heel
veel nieuwe pathways te ontdekken in de natuur. En dankzij het snelle tempo
waarmee wetenschappelijke ontdekkingen worden gedaan, kunnen gistcellen zo
worden aangepast dat ze pathways van zowel planten, bacteriën als andere
organismen kunnen dragen. "In theorie kunnen we veel van de stoffen die we nu
nog chemisch maken op een duurzame manier produceren met behulp van gist",
aldus Daran-Lapujade. "Wat biotechnologie betreft leven we echt in een
fantastische tijd."

***

Credit beeld: Getty Images

Paper: 'A supernumerary designer chromosome for modular in vivo pathway
assembly in Saccharomyces
cerevisiae'<https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkaa1167/6066629>,
Eline D Postma, Sofia Dashko, Lars van Breemen, Shannara K Taylor Parkins,
Marcel van den Broek, Jean-Marc Daran, Pascale Daran-Lapujade, Nucleic Acids
Research

Contact

Prof. Pascale Daran-Lapujade
P.A.S.Daran-Lapujade@xxxxxxxxxx<mailto:P.A.S.Daran-Lapujade@xxxxxxxxxx>
015 27 89965

Jerwin de Graaf (persvoorlichter TU Delft)
J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx<mailto:J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
06 42 71 72 27

U ontvangt dit bericht via de PWC-medialijst. U kunt zich afmelden via
http://platformwetenschapscommunicatie.nl/
Dit bericht is afkomstig van de TU Delft, Communication, Postbus 5, 2600 AA
Delft, www.tudelft.nl<http://www.tudelft.nl/>.

[PWC-MEDIA] Persbericht TU Delft: Delftse onderzoekers bouwen kunstmatig chromosoom

Other related posts: