Een team van wetenschappers onder leiding van de Universiteit van Southampton heeft een baanbrekende nieuwe methode van gensynthese gedemonstreerd - een essentieel onderzoeksinstrument met praktische toepassingen in alles van het kweken van transplanteerbare organen tot het ontwikkelen van behandelingen voor kanker.

De huidige methoden voor het synthetiseren van genen maken uitgebreid gebruik van enzymen (natuurlijk voorkomende biologische katalysatoren) om korte DNA-strengen te verbinden om de grotere strengen te vormen waaruit genen bestaan.

Deze methoden zijn gebruikt om zeer lange DNA-strengen te assembleren, zoals het genoom van een organisme (de volledige set genen), maar zijn beperkt vanwege hun afhankelijkheid van enzymen. Een van de belangrijkste tekortkomingen is dat epigenetische informatie - een secundaire laag van genetische informatie die de expressie (het 'inschakelen' of 'uitschakelen') van genen in cellen regelt, niet kan worden opgenomen in specifieke plaatsen op het DNA van epigenetische informatie.

Epigenetische informatie speelt een belangrijke rol in verschillende biologische processen, waaronder ziekten zoals kanker, wat betekent dat toegang tot epigenetisch gemodificeerde genen cruciaal is voor een beter begrip van de ziekte en de mogelijke behandelingen ervan.

In een studie die vandaag [maandag 11 september] in het tijdschrift is gepubliceerd Natuurchemie , wetenschappers aan de Universiteit van Southampton, in samenwerking met partners van de Universiteit van Oxford en ATDBio (een DNA-synthesebedrijf gevestigd in Southampton en Oxford), demonstreren een puur chemische methode voor genassemblage die de beperkingen van bestaande methoden overwint.

De nieuwe aanpak is gebaseerd op een snelle en efficiënte chemische reactie (de door koper gekatalyseerde alkyn-azide cycloadditiereactie), bekend als click-chemie, om gemodificeerde meerdere DNA-fragmenten aan elkaar te hechten tot een gen (een proces dat click-DNA-ligatie wordt genoemd).

Click-linking DNA zorgt voor 'littekens' in de ruggengraat van het DNA, maar eerder werk van het team heeft aangetoond dat de functie van de resulterende DNA-streng in bacteriën en menselijke cellen onaangetast is.

Ali Tavassoli, Hoogleraar Chemische Biologie aan de Universiteit van Southampton, die de studie leidde, zei:"Onze aanpak is een belangrijke doorbraak in gensynthese. We hebben niet alleen de assemblage van een gen aangetoond met behulp van klikchemie, we hebben ook aangetoond dat de resulterende DNA-streng volledig functioneel is in bacteriën, ondanks de littekens gevormd door het samenvoegen van fragmenten.

"Genoomsynthese zal een steeds belangrijkere rol spelen in wetenschappelijk onderzoek. We geloven dat onze puur chemische benadering het potentieel heeft om de inspanningen op dit uiterst belangrijke gebied aanzienlijk te versnellen, en uiteindelijk leiden tot een beter begrip van biologische systemen."

De chemische benadering betekent ook dat de synthese van grote DNA-strengen sterk kan worden versneld en grotere hoeveelheden van een enkel gen kunnen worden geproduceerd. Het kan er ook voor zorgen dat het proces geautomatiseerd wordt, mogelijk minder tijd en kosten.

Studie co-auteur Professor Tom Brown, van de Universiteit van Oxford, die ook gasthoogleraar is aan de Universiteit van Southampton, merkte op:"De synthese van chemisch gemodificeerde genen, die we hebben bereikt door een radicaal nieuwe aanpak, zal steeds belangrijker worden naarmate de effecten van epigenetisch gemodificeerd DNA op genexpressie duidelijk worden.

"We zijn meer dan 10 jaar geleden begonnen met het onderbouwen van klikligatie, dus het is zeer bevredigend om nu in het stadium te zijn waarin we deze werkbare en zeer effectieve nieuwe benadering van gensynthese kunnen demonstreren."