Vier nieuwe letters voor het genetisch alfabet

S, B, Z en P. Zo noemen Amerikaanse wetenschappers de letters waarmee ze het genetisch alfabet hebben uitgebreid. Normaal bestaat DNA uit vier letters (soorten nucleotiden), aangeduid als A, C, G en T. Nu is dat uitgebreid naar acht. De onderzoekers hebben daarmee stukken DNA gebouwd en laten zien dat die dezelfde wenteltrap-structuur aannemen als normaal DNA. Ze hebben hun resultaten deze donderdag gepubliceerd in het tijdschrift Science.

Het leven op aarde is gebaseerd op DNA dat bestaat uit twee om elkaar windende strengen, die schier eindeloze reeksen van vier verschillende nucleotiden bevatten: A, C, G en T. Een A in de ene streng bindt altijd aan een T in de andere streng. Hetzelfde geldt voor G en C. In het nu uitgebreide alfabet vormen S en B, en Z en P ook zulke zogeheten baseparen.

Vermenigvuldigbaar en muteerbaar

Alle organismen functioneren op basis van de informatie die in het DNA ligt opgeslagen. Omdat DNA vermenigvuldigbaar en muteerbaar is, kunnen organismen zich repliceren, en kunnen soorten zich aanpassen aan veranderende omstandigheden.

Twee jaar geleden beschreven Amerikaanse wetenschappers al een E. coli-bacterie waarbij ze het DNA hadden uitgebreid met twee (weer andere) letters, tot zes nucleotiden. Ze noemden de bacterie semi-synthetisch. Temeer omdat ze de moleculaire machinerie zo hadden uitgebreid dat het 6-letterige DNA werd afgelezen, en ook werd vertaald in (deels onnatuurlijke) aminozuren, die vervolgens aan elkaar werden geregen tot eiwitten.

In het nu gepubliceerde werk zijn de onderzoekers nog niet zover. Ze laten wel zien dat het DNA wordt afgelezen en gekopieerd tot RNA. Dat deden ze in de reageerbuis, niet in levende cellen. Ook de volgende stap, de omzetting van RNA in aminozuren en eiwitten, is nog niet beschreven.

„Toch vind ik dit 8-letterige DNA opzienbarend”, zegt Tom de Greef, die niet bij het onderzoek betrokken is. Hij is universitair hoofddocent aan de TU Eindhoven en voor één dag in de week hoogleraar synthetische biologie in Nijmegen. „Maar dat Nature-paper van twee jaar geleden vind ik net iets mooier, omdat ze hebben laten zien dat het 6-letterige DNA in een levend organisme werkt.”

Chemisch ‘elegant’

Ook Bert Poolman, hoogleraar biochemie in Groningen, noemt het „leuk, goed werk”. Chemisch gezien vindt hij het „elegant” dat de nieuwe lettercombinaties P-Z en B-S ook aan elkaar binden via een waterstofbrug, net als bij A-T en G-C het geval is. Bij de twee nieuwe letters in E.coli ging het om een andere, zwakkere binding.

Dat er twee bedrijfjes bij het nieuwe onderzoek zijn betrokken, vindt De Greef niet raar. Er zijn tal van toepassingen te bedenken. Hijzelf werkt aan de opslag van data via DNA. „Met 8-letterig DNA kun je meer bit per karakter opslaan dan met 4-letterig DNA.”

Blijft nog de vraag waarom het leven zich heeft beperkt tot 4-letterig DNA? De Greef: „Ik denk dat de evolutie heeft gekozen voor de simpelste oplossing die goed genoeg was.”

Lees een interview met Spinozaprijswinnaar Marileen Dogterom: ‘Een cel kun je alleen samen bouwen’