Kunstmatige celdeling stap dichterbij
Onderzoekers van de TU Delft zijn erin geslaagd om een biologisch mechanisme
dat essentieel is voor de celdeling in bacteriën na te bouwen in het lab. Het
onderzoek is een belangrijke stap binnen een groter, ambitieus project met als
uiteindelijke doel: een volledig door de mens gebouwde cel die zichzelf in
stand kan houden en zich kan delen. De onderzoekers hebben hun bevindingen
gepubliceerd in Nature Communications.
Celdeling is een complex proces, zelfs in relatief eenvoudige organismen zoals
bacteriën. Eerst moet het bacteriële DNA in de cel worden gekopieerd.
Vervolgens brengen eiwitten, de 'werkpaarden' van de cel, kopieën van het DNA
naar de twee polen van de cel. Daarna vormt zich in het midden van de cel een
ring, die bestaat uit gespecialiseerde eiwitten. Deze zogeheten 'Z-ring' knijpt
op het moment dat de cel klaar is om zich te delen samen, waardoor twee
dochtercellen ontstaan.
Tikkertje
De eiwitten die de Z-ring vormen, doen dat altijd netjes in het midden van de
cel. Maar hoe weten ze waar het midden is? Hiervoor gebruikt de cel weer andere
eiwitten, drie stuks in totaal. Het gaat om MinC, MinD en MinE, die samen
bekendstaan als het 'Min-systeem'. Het eiwit MinD hecht zich graag aan het
celmembraan. De functie van het eiwit MinE is om MinD van zijn plek te jagen.
En de MinC-eiwitten? Die liften mee met de MinD-eiwitten.
Het samenspel tussen deze drie eiwitten kan worden omschreven als een soort
tikkertje, waarbij MinE-eiwitten de aan elkaar gekoppelde MinD- en
MinC-eiwitten van de ene naar de andere pool drijven. De MinD-eiwitten zoeken
daarbij steeds verderop in de cel een plekje om zich aan het celmembraam vast
te klampen, om vervolgens weer van hun plek gejaagd te worden. Dit proces zorgt
voor een soort 'eiwitgolven' (zie plaatje) die zich van de ene naar de andere
pool bewegen.
Door de eiwitgolven (oscillaties) ontstaat in de cel een gradiënt: in de polen
is de hoogste concentratie Min-eiwitten te vinden, terwijl in het centrum de
concentratie het laagst is. De belangrijkste eigenschap van de meeliftende
MinC-eiwitten is dat ze de vorming van de Z-ring onderdrukken. Doordat in het
midden van de cel minder van dit eiwit aanwezig is, kan de ring zich daar
vrijelijk vormen.
Synthetische cel
Onderzoekers van de TU Delft proberen samen met collega's uit binnen- en
buitenland een 'synthetische cel' te bouwen. Het idee is om eerst alle modules
die nodig zijn voor een minimale cel te reconstrueren, en ze daarna samen te
brengen tot een functioneel geheel. De celdeling is zo'n module, maar bestaat
op zijn beurt uit verschillende, met elkaar samenwerkende mechanismen, zoals
dus het Min-systeem.
De groep van Christophe Danelon, onderzoeker van de TU Delft, is erin geslaagd
om het Min-systeem na te bouwen in kunstmatig gecreëerd vetblaasjes, zogeheten
'liposomen'. In totaal zijn drie genen voor dit systeem verantwoordelijk, één
gen per eiwit. "Maar het is niet genoeg om het DNA van deze drie genen in een
liposoom te stoppen", legt hoofdonderzoeker Elisa Godino uit. Ze vergelijkt het
creëren van de juiste omgeving met koken. "Je moet van elk eiwit een bepaalde
hoeveelheid hebben, en de eiwitten functioneren alleen onder de juiste
omstandigheden. In het finetunen van die omstandigheden is veel tijd en
onderzoek gaan zitten."
Uiteindelijk is het dus gelukt om het Min-systeem aan de praat te krijgen in
een vetblaasje, en zag Elisa Godino door haar microscoop de karakteristieke
'eiwitgolven'. De volgende stap is het nabouwen van het mechanisme dat
verantwoordelijk is voor de constructie van de eerdergenoemde Z-ring, die de
cel in tweeën knipt. "We hebben al bevestigd dat het door ons gebouwde
Min-systeem goed samenwerkt met de kernelementen van de Z-ring", zegt Godino.
In de nabije toekomst willen de wetenschappers de twee celdelingsmechanismen
aan elkaar koppelen, en dat zal ook weer allerlei uitdagingen met zich
meebrengen. Maar toch: stapje voor stapje komt de synthetische cel dichterbij.
****
Elisa Godino, Jonás Noguera López, David Foschepoth, Céline Cleij, Anne Doerr,
Clara Ferrer Castellà, Christophe Danelon, "De novo synthesized Min proteins
drive oscillatory liposome deformation and regulate FtsA-FtsZ cytoskeletal
patterns", Nature Communications (2019)
DOI: 10.1038/s41467-019-12932-w
Elisa Godino
E.Godino@xxxxxxxxxx<mailto:E.Godino@xxxxxxxxxx>
015-2782984
Jerwin de Graaf (persvoorlichter TU Delft)
J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx<mailto:J.N.deGraaf@xxxxxxxxxx>
06 - 42 71 72 27
Attachment:
Minwaves.jpg
Description: Minwaves.jpg
