Synthetisch gist: de stenen bijl van onze tijd

Als kind vees ik toestellen uit elkaar om ze vervolgens weer in elkaar te knutselen. Behalve leuk is dat een geweldige manier om te begrijpen hoe een stuk technologie precies werkt, en te onderzoeken welk onderdeel essentieel is voor elke functie. Op dezelfde manier kan knutselen met het genoom van biergist ons leren hoe de biologie precies werkt, en hoe we haar kunnen manipuleren.

“Artificieel ontworpen gist breekt nieuw record met 50% synthetisch DNA”, stond recent in Nature. Een uitzonderlijke prestatie, en één die past binnen een historische trend. Doorheen de geschiedenis zijn we er als mens steeds beter in geslaagd om nuttige tools te ontwikkelen met materialen die we in onze omgeving konden vinden: van de eerste stenen bijl tot moderne spitstechnologie, vervaardigd uit silicium. Nu zijn we getuige van de volgende stap: het lukt ons om de biologie te manipuleren op het niveau van de onderliggende code, het DNA.

Dankzij de forse toename in rekenkracht zijn we erin geslaagd om de 20.000 genen van het menselijk genoom steeds sneller en goedkoper uit te lezen. Maar uitlezen is één ding. Om echt te begrijpen hoe de biologie werkt en haar te kunnen manipuleren, moet je van elk stuk code weten welke functie het vervult. Een uitstekende manier om dat te doen, is door het geheel synthetisch na te bouwen.

Saccharomyces cerevisiae, beter bekend als biergist, is een ideaal vertrekpunt voor dat biologisch geknutsel. Gist is het best onderzochte organisme ter wereld en is interessant als model: het heeft minder genen dan de mens, maar fundamentele processen zijn dezelfde. En doordat gistcellen zo snel delen, staat er een turbo op de natuurlijke selectie.

De labo’s van het consortium ‘Sc2.0’ werken al 15 jaar aan een volledig synthetische stam voor de 16 chromosomen van gist. Maar, ze proberen het beter te doen dan moeder natuur en elimineren potentiële bronnen van instabiliteit. Als je op een betrouwbare manier wil bouwen met DNA, heb je namelijk stabiele en voorspelbare modules nodig, net als legoblokjes. Het einddoel is een volledig synthetisch gistgenoom dat je zo kan manipuleren dat je er medicijnen voor mensen mee kan produceren.

We moeten daarvoor een sprong maken: van het sleutelen aan enkele genen zoals bij de huidige celtherapieën, naar het toevoegen van hele chromosomen en het herontwerpen van volledige genomen. Het stelt wetenschappers in staat om vragen te stellen die voorheen onmogelijk waren, zoals: wat gebeurt er als je chromosomen introduceert die er eerder niet waren?

Om een 100% synthetisch genoom te bereiken is nog veel knutselwerk nodig. Terwijl er steeds meer variabelen aangepast worden, moet het geheel van chromosomen blijven functioneren. Gelukkig knutselen we – dankzij de toename van rekenkracht, mogelijk gemaakt door chiptechnologie – en geholpen door precisie-instrumenten tegenwoordig op steroïden. In de toekomst zal chiptechnologie ook essentieel zijn om mini-interfaces te bouwen, zodat ook menselijke cellen getweakt kunnen worden, bijvoorbeeld om insuline aan te maken bij diabetespatiënten.

Hou de biergistknutselaars in elk geval maar in de gaten. Ze zullen ons op termijn helpen om ziektes te begrijpen – en te bestrijden, maar ook om goedkoper en op een minder vervuilende manier grondstoffen, energie en voedsel te produceren.

Dit artikel verscheen eerder als column in De Tijd.