rna

Een ribosoom rijgt de aminozuren van t-RNA's aaneen tot een eiwitketen. - Wikimedia Commons

‘Ribosomen vormden begin van het leven’

In ribosomen, kleine celonderdelen, zijn kopieën aangetroffen van alle onderdelen van de machinerie des levens. Ribosomen zijn zeer complexe moleculen die uit zowel eiwitten als RNA bestaan. Hebben we nu de oorsprong van het leven echt te pakken?

RNA wereld
RNA is, anders dan DNA, weinig stabiel. RNA is echter wel in staat om als enzym te werken, terwijl DNA niet veel meer is dan een opslagmolecuul. Dit verklaart de populariteit van de RNA-wereld hypothese onder biologen. Voordat er DNA was, was er alleen RNA, dat zichzelf op de een of andere manier vermenigvuldigde en de omgeving manipuleerde. Hoe RNA-gebaseerd leven er uitzag weten we niet, er bestaan anno nu voor zover we weten alleen nog maar RNA-virussen en viroïden, maar duidelijk is wel dat ribosomen hier een voorname rol in moeten hebben gespeeld. Al eerder beschreef Visionair hoe een RNA-reactor een kraamkamer van ribosomen kan hebben gevormd. Een nieuwe ontdekking lost- waarschijnlijk- een volgend puzzelstukje op[1]. Ribosomen blijken namelijk een chemisch fossiel met zich mee te dragen, dat er op wijst dat ze in een grijs verleden zichzelf vermenigvuldigden, en hiermee de basis van het leven vormden.

T-RNA is een soort pakketlabel  voor aminozuren.
T-RNA is een soort pakketlabel voor aminozuren.

Welke bestanddelen heeft de RNA-wereld?
Als we DNA wegdenken, hoeft DNA niet meer vertaald te worden in m(essenger)-RNA. Ribosomen lezen m-RNA en vertalen dit in een eiwit. In dit proces koppelen ze nieuwe aminozuren aan de groeiende eiwitketen. Ribosomen doen dit, door bij elk drietal m-RNA nucleotiden het bijpassende stukje t-RNA te koppelen. T-RNA bestaat uit een RNA-keten in de vorm van een kruis, met hieraan gekoppeld, een aminozuur. Voor elk aminozuur zijn er één of meer t-RNA’s. Dit aminozuur wordt aan het groeiende eiwit gekoppeld. Het speciale enzym  aminoacyl tRNA synthetase, waarvan er per aminozuur een aparte variant is, koppelt deze aminozuren  weer aan het ‘lege’ t-RNA.

Hoe konden ribosomen zichzelf vermenigvuldigen?

Een ribosoom rijgt de aminozuren van t-RNA's aaneen tot een eiwitketen. - Wikimedia Commons
Een ribosoom rijgt de aminozuren van t-RNA’s aaneen tot een eiwitketen. – Wikimedia Commons

Stel, ribosomen vormden de plek waar ooit alle genetische informatie werd opgeslagen. Dan moeten ribosomen zichzelf, direct of indirect, kunnen vermenigvuldigen. Ribosomen bestaan, zoals gezegd, uit eiwitten en RNA (in totaal rond de 4000-10.000 RNA-basen[2]). De eiwitten die deel uit maken van het ribosoom, moeten dan gebouwd worden. Deze moeten dus als hun RNA-blauwdruk, hun m-RNA, ergens opgeslagen staan. Er bestaat nog geen DNA,  dus moet dat opslaan in het ribosoom zijn gebeurd. Dit geldt ook voor de t-RNA’s. Zonder t-RNA’s, die aminozuren koppelen aan de m-RNA codes, werkt het ribosomale systeem niet. Ook de 20 t-RNA’s moeten dus terug te vinden zijn in het RNA van het ribosoom. Zo ook het enzym RNA-polymerase, noodzakelijk om een ribosoom te lezen en over te kopiëren.

Genetisch onderzoek: ribosomen als oeroude levensvorm
Om hun hypothese, dat het leven begon als ribosoom,  te testen, moesten er dus sporen van deze dingen in het r(ibosomale)-RNA terug te vinden zijn. “Slachtoffer” werd de labmuis onder de bacteriën: E. coli. Van deze bacterie is het gehele genetische materiaal in kaart gebracht, inclusief dat van de ribosomen. De heersende hypothese is dat het RNA van het ribosoom maar één doel heeft: het ribosoom de juiste vorm laten houden. Dit bleek onzin: het RNA bevat extra informatie. Nader onderzoek wees uit dat er inderdaad sporen van alle oeroude t-RNA’s en omringende eiwitten te vinden zijn. Het t-RNA in de ribosomen bleek zich zelfs nog vrij goed in de juiste vorm te kunnen vouwen. Opmerkelijk, gezien de miljarden jaren dat het leven oud is.

Gevolgen
Nu de vermoedelijke voorloper van het eencellige leven is ontdekt, kunnen we om te beginnen op zoek gaan naar niet op DNA gebaseerde levensvormen. Mogelijk bestaan er meer op RNA gebaseerde levensvormen dan alleen de ontdekte RNA-virussen. Tot nu toe is er niet echt gericht naar gezocht: op RNA gebaseerde levensvormen kunnen niet met DNA-PCR-technieken worden gevonden.
Nu RNA erg belangrijk blijkt te zijn voor het ontstaan van leven, kunnen we op zoek naar plaatsen waar zich veel bouwstenen van RNA, ribonucleotides, vormen. Hier zal de kans op leven veel groter zijn.
Verder blijken ribosomen dus veel groter te zijn dan eigenlijk nodig. Synthetische levensvormen kunnen, blijkt dus, met veel kleinere, en dus zuinige, ribosomen toe, waardoor je een extreem groeikrachtige superbacterie, of ander organisme, kan kweken.

Een andere mogelijkheid is, dat op ribosomen gebaseerd leven zich in een andere richting heeft geëvolueerd dan als DNA-gebaseerd cellulair leven.

Bron
1. Meredith en Robert Root-Bernstein, The ribosome as a missing link in the evolution of life, Journal of Theoretical Biology, 2014
2. Ribosomal RNA sizes

De meeste onderzoekers zijn het er over eens dat de bouwstenen voor het leven uit de ruimte kwamen. Bron: EANA/ESA

Exobiologen creëren voorloper DNA uit meteorietinslag-sim

In een opmerkelijk experiment, waarin de omstandigheden tijdens een meteorietinslag op de oer-Aarde werden nagebootst, slaagden de onderzoekers er in om ribonucleïnebases te laten ontstaan. Is dit de missing link?

Wat is RNA?
RNA is minder bekend dan DNA, maar is in wezen biologisch gezien veel belangrijker. RNA bestaat net als DNA uit een keten van vier verschillende basen, een soort bouwstenen, maar is anders an DNA in staat om als enzym (organisch hulpmolecuul voor biochemische reacties) te functioneren, een zogenaamd ribozym. De voor alle bekende levensvormen onmisbare ribosomen, reusachtige kluwens RNA die (van DNA overgekopieerde) sliertjes messenger RNA vertalen in eiwitten, bestaan vrijwel volledig uit RNA. Aanhangers van de RNA-world hypothese geloven dat het leven is begonnen als RNA-gebaseerde levensvorm. Het messenger RNA vervulde de rol die DNA nu vervult en functioneerde ook als enzym (een rol die eiwitten nu spelen). Daarna heeft zich het veel meer stabiele DNA ontwikkeld om genetische informatie in op te slaan. De RNA-world hypothese kende tot nu toe een groot manco. Niet alleen is RNA vrij instabiel, ook zijn de bouwstenen van RNA vrij zeldzaam in chondrieten, meteorieten rijk in koolstofverbindingen, die algemeen worden gezien als een chemisch ‘kijkje’ in de vroegste dagen van het zonnestelsel.

De meeste onderzoekers zijn het er over eens dat aminozuren, de bouwstenen voor het leven uit de ruimte kwamen. Bron: EANA/ESA
De meeste onderzoekers zijn het er over eens dat aminozuren, de bouwstenen voor het leven uit de ruimte kwamen. Bron: EANA/ESA

Omstandigheden op vroege aarde nagebootst
Uit geologisch onderzoek is bekend dat het leven vrijwel onmiddellijk (plm. 100 miljoen jaar) na het Late Zware Bombardement, tussen de 3,8 en 3,5 miljard jaar geleden, op aarde verscheen. Het oudste fossiele overblijfsel op aarde is een geochemisch spoor van 3,4 miljard jaar oud, hoewel er oudere, maar omstreden, resten bekend zijn. In dit experiment jaagden onderzoekers een extreem energierijke, maar zeer kortdurende laserpuls door een proefmonster met daarin de chemicaliën die vermoedelijk aanwezig waren nop de oer-Aarde. Hiermee probeerden ze de omstandigheden tijdens een meteorietinslag na te bootsen, waarbij zeer hoge temperaturen ontstaan.
Bij het experiment ontstonden alle vier basen – al waren de hoeveelheden van één base erg klein. Reden voor collega’s om het experiment niet erg serieus te nemen, want alleen als alle vier basen aanwezig zijn, kan zich biologisch actief RNA vormen. Aan de andere kant: mogelijk was het experiment niet geheel natuurgetrouw. Mogelijk werd later door een bepaald natuurkundig of scheikundig proces de schaarse base alsnog gevormd, of geconcentreerd. Verder onderzoek is dus nodig. Leven hoeft ook maar één keer te ontstaan, om de aarde te koloniseren.

Bronnen
1. Martin Ferus et al., High-energy chemistry of formamide: A unified mechanism of nucleobase formation, PNAS, DOI: 10.1073/pnas.1412072111

Stond een retrovirus, de groep waartoe ook dit HIV virus behoort, aan de wieg van het DNA-gebaseerd leven?

Virus maakte overgang van RNA naar DNA mogelijk

Rond de 4 miljard jaar geleden maakte het leven een enorme verandering door. De meeste genetici zijn het er over eens dat het leven begon met een soep van RNA. RNA is alleen niet erg stabiel, het valt in enkele etmalen uit elkaar, waardoor leven op basis van DNA een grote voorsprong heeft. De overgang van RNA naar DNA is echter nogal ingrijpend: beide nucleïnezuren kunnen niet rechtstreeks in elkaar vertaald worden. Nu, voor het eerst, hebben biologen een glimp opgevangen van hoe dit precies plaatsvond. Sterker nog: het proces dat toen plaatsvond, blijkt ook nu nog af en toe plaats te vinden.

Stond een retrovirus, de groep waartoe ook dit HIV virus behoort, aan de wieg van het DNA-gebaseerd leven?
Stond een retrovirus, de groep waartoe ook dit HIV virus behoort, aan de wieg van het DNA-gebaseerd leven?

Het DNA vertaalprobleem
Omdat RNA niet rechtstreeks in DNA kan worden vertaald, is er duidelijk een fundamenteel probleem voor organismen die van RNA op DNA willen overstappen. Al hun genetische informatie die in RNA is opgeslagen, is niet toegankelijk voor op DNA gebaseerd leven. Nu, voor het eerst, laat een opmerkelijk hybride RNA-DNA virus zien hoe dit proces plaats kan hebben gevonden. Ken Stedman, van Portland State University in Oregon, ontdekte het bij toeval toen hij de eencelligen bestudeerde die in een heet, zuur meertje in het Lassen Volcanic National Park. Hij filterde alle deeltjes ter grootte van een virus uit het water en bracht ongeveer 400 000 stukjes viraal DNA in kaart om te controleren wat zich daarin precies bevond.

RNA-gen in DNA
Hij trof iets zeer vreemds aan: een gen, in DNA-vorm, dat als twee druppels water leek op een gen voor een eiwitjas zoals dat in een RNA virus voorkomt. beschikken over het enzym RNA transcriptase, dat RNA ‘vertaalt’ in DNA, maar dit gen kwam niet van een retrovirus. Hoe was het gen van RNA naar DNA gesprongen? Stedmans student Geoff Diemer’s interesse werd gewekt en hij produceerde een volledige sequentie van het genoom van het vreemde virus. Naast het uit RNA afkomstige gen bleek het ook een gen voor DNA replicatie te bevatten, wat kenmerkend is voor een DNA virus.

Geen incident
RNA- en DNA-virussen zijn radicaal verschillend en hebben zich vermoedelijk al miljarden jaren geleden gesplitst. Een bizarre ontdekking dus. Stedman dacht dat ze een fout hadden gemaakt, maar een tweede sample gaf precies hetzelfde resultaat. Om uit te vinden of het hier om een eenmalige gebeurtenis ging, checkten Stedman en Diemer databases met viraal DNA. Ze ontdekten dat iets gelijksoortigs plaats had gevonden in meerdere monsters oceaanwater. Klaarblijkelijk kwamen de hybride virussen op meerdere plekken voor.  Deze ontdekking bewijst dat moderne virussen informatie kunnen combineren van de twee normaliter gescheiden genetische moleculen. Ook ondersteunt dit het idee dat het virussen waren die de overgang van RNA naar DNA mogelijk maakten.

Triootje van virussen
Stedmans en Diemers hybride virus is geen levend fossiel. De genen lijken sterk op de genen zoals deze in moderne RNA- en DNA-virussen voorkomen en volgens het team heeft de hybridisatie de afgelopen tien miljoen jaar plaatsgevonden. Welk proces was hier verantwoordelijk voor? Stedman vermoedt dat het virus zich gevormd heeft toen een DNA-virus, een RNA-virus en een retrovirus tegelijkertijd dezelfde cel infecteerden. Deze toevallige gebeurtenis kan er toe geleid hebben dat het reverse transcriptase enzym van het retrovirus per ongeluk een DNA-kopie maakte van een gen van het RNA-virus, waarna dit DNA-gen werd ingebouwd in het genoom van het DNA virus en de bizarre hybride ontstond. Al eerder werd gesuggereerd dat dergelijke virale superhybriden zich kondn vormen, maar Stedmans onderzoek is het eerte dat het mechanisme ook daadwerkelijk aantoont.

Zorgde een virus voor DNA?
Ongeveer vier miljard jaar geleden moet een vergelijkbaar proces plaats hebben gevonden, vermoeden collega’s. Virussen trekken zich weinig aan van soortgrenzen en zullen vermoedelijk met hun RNA transcriptase RNA-genen in DNA hebben vertaald.

De situatie vier miljard jaar geleden verschilde vermoedelijk echter nogal van de situatie nu. Anno 2012 dupliceren virussen zich alleen binnen cellen. Vermoedelijk bestonden er in die tijd geen afzonderlijke cellen zoals we die nu kennen. Toch bewijst het ontdekte mechanisme dat het mogelijk is om informatie van de RNA-wereld naar de DNA wereld over te hevelen. Iets dergelijks kan ook zijn gebeurd bij de overgang van RNA naar DNA gebaseerd leven.

Bron
First glimpse of the viral birth of DNA, New Scientist (2012)

 

Een raadselachtige ontdekking. Uit een analyse van de ouderdom van delen van ribosomen blijkt dat de bijbehorende eiwitten minstens zo oud zijn. Waar komt het leven vandaan?

‘RNA-wereld hypothese klopt niet’

Alle leven kwam voort uit RNA. Dat is in het kort de RNA-wereld hypothese. Een van de sterkste argumenten was het ribosoom, een essentieel celonderdeel dat bijna geheel uit RNA bestaat. Nieuw onderzoek aan de ouderdom van diverse delen van RNA laat echter zien dat deze hypothese grondig op de schop moet. Wat is de werkelijke oorzaak van het leven?

RNA-wereld
Het leek allemaal zo mooi. DNA, de drager van erfelijk materiaal in cellen anno nu, kan alleen maar genetische informatie opslaan. Eiwitten zijn zeer goed in het verrichten van allerlei biochemische  klussen, maar kunnen weer geen leesbare informatie opslaan. RNA bleek echter de redder uit de nood. RNA kan namelijk zowel werken als enzym als informatiedrager. Het oermolecuul dus.  De RNA-wereld hypothese, voor het eerst gepubliceerd in 1986 in het gezaghebbende tijdschrift Nature, stelt daarom dat het leven begon als RNA-molecuul, dat leerde samenwerken met eiwitten en zo uiteindelijk de eerste cellen vormde. Professor Gustavo Caetano-Anollés, verbonden aan de Universiteit van Illinois, vakgroep  crop sciences en het Institute for Genomic Biology, gelooft dat dit niet klopt. Volgens hem konden nucleïnezuren  zich nooit hebben ontwikkeld als deze niet met eiwitten hadden samengewerkt.

Een raadselachtige ontdekking. Uit een analyse van de ouderdom van delen van ribosomen blijkt dat de bijbehorende eiwitten minstens zo oud zijn. Waar komt het leven vandaan?
Een raadselachtige ontdekking. Uit een analyse van de ouderdom van delen van ribosomen blijkt dat de bijbehorende eiwitten minstens zo oud zijn. Waar komt het leven vandaan? Bron: Gustavo Caetano-Anollés, Illinois Univ.

Chemische co-evolutie van RNA en eiwit
RNA is een “ribonucleo-eiwit machine,” een complex waarin tot tachtig verschillende eiwitten samenwerken met meerdere RNA moleculen, zodat het zinnig is te veronderstellen dat dit systeem zich in een lang proces van chemische co-evolutie heeft ontwikkeld, aldus Caetano-Anollés. Ook is volgens hem RNA niet in staat tot het synthetiseren van alle eiwitten.

Veronderstellingen RNA-wereld bleken fout
Aanhangers van de RNA-wereld hypothese namen een aantal dingen aan over de evolutionaire oorsprong van het ribosoom. Deze aannames bleken niet te kloppen, bleek uit het onderzoek van zijn groep. De belangrijkste foutieve aanname: het deel van het ribosoom dat verantwoordelijk is voor het opbouwen van eiwitten,  het peptidyl transferase centrum (PTC), is helemaal niet het oudste deel van het ribosoom, zoals gedacht.

Uitpluizen van evolutionaire informatie
In hun nieuwe analyse hebben ze door ribosomen van honderden verschillende organismen te vergelijken, een soort evolutionaire stamboom opgesteld.  Hiermee ontwikkelden ze een evolutionaire tijdlijn met hierin de vermoedelijke ouderdom van diverse delen van het ribosoom. Dit deden ze zowel met het RNA-deel van het ribosoom als met het eiwitdeel. Op deze manier ontstonden twee “familiebomen”, één op basis van eiwitten, de ander op basis van RNA, die sterk overeenkwamen.

‘Eiwitdeel ouder dan RNA-deel’
Zo bleken de eiwitten die het PTC omringden, bijvoorbeeld, zo oud te zijn als het ribosomale RNA dat deze plek vormt. Evolutionair gezien bleek het PTC zich pas gevormd te hebben, vlak nadat de twee primaire subonderdelen van het ribosoom aan elkaar waren gaan zittten (met RNA-ketens ertussen). Een sterke aanwijzing dat eiwitten al bestonden voor ribosomale RNA’s actief werden, aldus de prof. Ook moeten deze stukken RNA hiervoor een andere taak hebben gehad.

Kortom: alles lijkt er op dat ribosomale eiwitten en RNA zich geleidelijk ontwikkelden. Bewijs dat het ribosoom niet voortkwam uit een RNA wereld, aldus Caetano-Anollés. Hij denkt dat in plaats hiervan een ribonucleo-eiwit wereld bestond, die veel lijkt op de tegenwoordige biochemie. Inderdaad is hier het nodige voor te zeggen: aminozuren komen in grote hoeveelheden voor in koolstofmeteorieten, nucleïnezuren slechts spaarzaam.

Hoe vermenigvuldigen eiwitten zichzelf?
Collega Russell Doolittle, van de University of California te San Diego, vindt het artikel interessant, maar begrijpt niet hoe proteïnes zichzelf katalyseerden, dat wil zeggen: hoe eiwitten andere eiwitten  maakten. Het enige mechanisme dat we kennen en dat een beetje in de buurt komt is dat van de beruchte hersenziekte Creutzfeld-Jacob, waarbij prionen, besmettelijke eiwitten, een gezonde eiwitvariant in een prion veranderen. Dit verandert echter de vouwwijze van het eiwit, niet de aminozuurvolgorde. RNA, daarentegen, kan zichzelf zonder hulp kopiëren. Het tweede krachtige argument voor de RNA-wereld hypothese.

Ook eiwitsynthese zonder ribosomen mogelijk
Caetano-Anollés erkent het belang van deze kwestie. Hij wijst echter op het feit dat de eiwitten die zonder ribosomen andere eiwitten in elkaar zetten, een complex, maar in alle organismen universeel proces dat toch heel specifieke eiwitten kan creëren – ouder zijn dan ribosomale eiwitten. Hij denkt daarom dat niet ribosomen, maar andere moleculen de eerste biologische machines waren die eiwitten in elkaar zetten.

Ook kunnen ribosomen op zichzelf staand niets. Ze zijn volledig afhankelijk van de aanvoer van t-RNA, dat zijn aminozuren waaraan de bijpassende drie RNA-nucleotiden  zijn geknoopt. Ribosomen “passen” voortdurend de puzzelstukjes op het m-RNA en pas indien deze overeenkomen, wordt de RNA losgestript van het t-RNA en het vrijkomende aminozuur aan de eiwitketting geregen. Dit merken van aminozuren gebeurt door eiwitten, niet door RNA, aldus de prof. Hij trekt hieruit de conclusie dat RNA moleculen begonnen als cofactoren (kleine hulpmoleculen) die hielpen bij de eiwitsynthese en deze verfijnden, wat zich uiteindelijk ontwikkelde tot de ingewikkelde ribosomale machinerie van nu.

Naar mijn mening een plausibel verhaal. Inderdaad verklaart dit een aantal merkwaardige dingen die voor mijn gevoel niet klopten in de RNA wereld hypothese. Voor mij nieuw was dat er ook non-ribosomale eiwitsynthese bestaat, maar als je er over nadenkt passen nu de stukjes op hun plaats. Kortom: een eye-opener.
Prettig is ook dat het artikel [2] niet achter een paywall zit. Het artikel vereist enige biochemische kennis, maar deze is op internet op te zoeken.

Bron:
1. Study of ribosome evolution challenges RNA world hypothesis, University of Illinois News Bureau (2012)
2. Ajith Harish, Gustavo Caetano-Anollés. Ribosomal History Reveals Origins of Modern Protein Synthesis. PLoS ONE, 2012

We weten vrijwel niets van de omgeving waarin het eerste leven zich gevormd heeft. Bron: NASA

‘Voorganger van DNA en RNA ontdekt’

RNA is ouder dan DNA, denken de meeste evolutiebiologen. Maar wat kwam er voor RNA? Misschien een nieuw type nucleïnezuur: TNA.

DNA: biologisch geheugen
De ontdekking van DNA door Watson en Crick verklaarde veel raadsels. Zo is nu bekend waarom genetische eigenschappen nooit ‘verwateren’ (er zijn geen erwten die half-kreukzadig zijn) maar een binair karakter hebben. Elk gen bevindt zich op een sliert DNA, die is verbonden aan een aanvullende sliert: de bekende DNA helix. Toch kon DNA onmogelijk de oorsprong van het leven hebben gevormd. DNA op zichzelf kan biochemisch gezien namelijk vrijwel niets, behalve dan spontaan recombineren met een bijpassend stuk DNA.
Om DNA te ‘lezen’ bestaat er daarom een bonte menagerie aan enzymen, waaronder DNA transcriptase, dat DNA vertaalt in messenger-RNA. Dit messenger-RNA is de ‘blauwdruk’ waarmee uiteindelijk eiwitten worden gebouwd.

We weten vrijwel niets van de omgeving waarin het eerste leven zich gevormd heeft. Bron: NASA
We weten vrijwel niets van de omgeving waarin het eerste leven zich gevormd heeft. Bron: NASA

‘RNA was voorganger DNA’
Een ander zeer essentieel onderdeel van een cel, dan dan ook in letterlijk elke levende cel voorkomt, is het ribosoom. Ribosomen bestaan opmerkelijk genoeg vrijwel geheel uit RNA (voluit: ribonucleïnezuur). Dit RNA leest stukken messenger-RNA en vertaalt deze, codon voor codon, in een eiwit.  RNA dat RNA leest en vertaalt. En: er zijn naast ribosomen ook andere ribozymen, enzymen dus die niet uit eiwit bestaan maar uit RNA. Dit maakt RNA een ijzersterke kandidaat voor het vooroudermolecuul. Pas in een later stadium ontstond DNA, als stabielere opslag voor informatie. Geen wonder dat de RNA-wereld hypothese veel aanhangers heeft. Het is verreweg de meest overtuigende hypothese.

Zwakke punten RNA-wereld hypothese
Toch kent ook de RNA-wereld hypothese zwakke plekken. RNA is weliswaar biologisch actief,maar het is ook chemisch instabiel. RNA blijft zelden langer dan een dag intact. Ter vergelijking: op dit moment worden er experimenten gedaan die tot doel hebben diepgevroren mammoeten, waarvan het DNA tienduizenden jaren oud is, weer tot leven te wekken. Er moet dus een mechanisme hebben bestaan om RNA te beschermen tegen afbraak. Of… misschien was er een ander op RNA lijkend molecuul dat niet te lijden had onder dit zwakke punt.
Een dergelijk molecuul is nu gevonden.

RNA bestaat uit suikers, die d.m.v. fosfaatgroepen aan elkaar zitten. Aan elke suiker zit een 'letter', een nucleobase, die de informatie draagt. Bron: Wikipedia.
RNA bestaat uit suikers, die d.m.v. fosfaatgroepen aan elkaar zitten. Aan elke suiker zit een 'letter', een nucleobase, die de informatie draagt. Bron: Wikipedia

DNA, RNA… TNA
DNA en RNA bestaan uit een keten van nucleïnezuren. Chemisch gezien bestaan deze uit een suikermolecuul waaraan een variant van een koolstof-stikstofring (nucleobase) hangt. De nucleobases dragen de informatie, de suikermoleculen, met fosfaatgroepen aan elkaar gekoppeld, vormen de keten. Het verschil tussen DNA en RNA ligt in de suiker: deze is bij RNA ribose, bij DNA desoxyribose (ribose met een zuurstofatoom minder). Er zijn nog meer varianten, die alleen in het lab voorkomen. Een daarvan is TNA. Dit heeft threose (een andere suiker) in plaats van ribose of desoyribose.
Volgens John Chaput van Arizona State University in Tempe is het belangrijkste voordeel,evolutionair gesproken, dat threose een kleiner en simpeler molecuul  is dan ribose of deoxyribose, wat het makkelijker maakt om TNA te vormen.

TNA-enzym?
TNA blijkt ook een ander kunstje te beheersen waarvan tot nu toe werd aangenomen dat alleen RNA dit kon: zichzelf in een driedimensionale vorm opkrullen en zich aan een specifiek eiwit vastklampen, een noodzakelijke eerste stap om een chemische reactie te beïnvloeden. Chaput en zijn groep namen een bibliotheek van TNA’s en lieten ze evolueren in aanwezigheid van een eiwit. Na drie generaties ontstond een TNA-keten die een complexe opgevouwen structuur had en zich aan het eiwit kon binden.

Toch is de kans klein dat er iets als een TNA-wereld heeft bestaan. De chemische omgeving van de vroege aarde (of een andere plaats waar het leven is ontstaan) was zo chaotisch dat TNA niet uit zichzelf kon zijn ontstaan. In 2008 werd een onderzoek gepubliceerd waarin nucleïnezuren in een meteoriet werden beschreven, maar het ging hier slechts om bouwstenen van nucleïnezuren, niet de combintie van suiker + base  en tot overmaat van ramp was hun concentratie erg klein. Chaput denkt daarom dat er een grote variëteit aan nucleïnezuren is ontstaan en dat deze alle met elkaar interacteerden. Een reageerbuis zo groot als de aarde dus.

Mozaïek-nucleïnezuren
Volgens een andere studie, deze keer van Nobelprijswinnaar Jack Szostak van Harvard University en zijn groep, kunnen ook mozaiekmoleculen bestaande uit DNA en RNA zich aan bepaalde moleculen binden. Kortom: ook in een chaotisch mengsel zouden zich in principe enzymen kunnen vormen. Wel is er een uiterst sterk tegenargument. We hebben in geen enkel organisme andere nucleïnezuren aangetroffen dan DNA of RNA.
Wat niet wil zeggen dat dergelijke organismen niet denkbaar zijn op exoplaneten of in deep space. En we weten nog maar weinig van de biochemie van TNA. Immers, de technieken om deze moleculen te laten evolueren zijn erg nieuw, aldus Chaput. Bovendien: we weten nog veel minder van de exacte omstandigheden op aarde, meer dan vier miljard jaar geleden. Wie weet zijn er ook nucleïnezuren die specifiek geschikt zijn voor hogere of veel lagere temperaturen. Dit zou de mogelijkheden voor het ontstaan van leven fors vergroten.

Bron:
1. Before DNA, before RNA: Life in the hodge-podge world, New Scientist (2012)
2. J. Shostak et al., Evolution of functional nucleic acids in the presence of nonheritable backbone heterogeneity, PNAS, 2011
3. John C. Chaput et al., Darwinian evolution of an alternative genetic system provides support for TNA as an RNA progenitor, Nature Chemistry (2012)

Zo werkt siRNA. Een plasmide (mini-chromosoom) met DNA wordt in de bacterie in RNA gekopieerd. Dit SiRNA hecht zich aan de messenger RNA, waardoor de bacterie niet meer dat eiwit kan maken en sterft.

Pentagon werkt aan opvolger antibiotica

Met stukjes si-RNA kunnen bepaalde genen tot zwijgen worden gebracht. Ideaal natuurlijk als dat gen toevallig essentieel is voor een kwaadaardige cholerabacil. Is dit de oplossing voor de antibioticacrisis? Het Pentagon denkt van wel.

Zo werkt siRNA. Een plasmide (mini-chromosoom) met DNA wordt in de bacterie in RNA gekopieerd. Dit SiRNA hecht zich aan de messenger RNA, waardoor de bacterie niet meer dat eiwit kan maken en sterft.
Zo werkt siRNA. Een plasmide (mini-chromosoom) met DNA wordt in de bacterie in RNA gekopieerd. Dit SiRNA hecht zich aan de messenger RNA, waardoor de bacterie niet meer dat eiwit kan maken en sterft.

Antibiotica downloaden
In een wereld waarin steeds meer antibiotica onwerkzaam worden en apparatuur om eigen biologische ziekteverwekkers te ontwerpen binnen bereik komt van steeds meer zieke geesten, is een ding duidelijk. Het huidige systeem om ziekten te stoppen is hopeloos ouderwets. Het kost maanden om een werkend vaccin te bereiden, om van een werkend antibioticum nog maar te zwijgen. Vooral als biowapens worden ingezet is het letterlijk van levensbelang snel, heel snel,  een biochemisch antwoord klaar te hebben staan, mocht een multiresistente ziekteverwekker klaar staan. DARPA, de onderzoekspoot van het Pentagon, heeft daarom een soort prijsvraag uitgeschreven voor onderzoekers die een methode kunnen ontwikkelen om snel si-RNA te produceren en dit in de vorm van nanodeeltjes te kunnen verspreiden in het lichaam van militairen.

Si-RNA: gen-blokkerend puzzelstuk
RNA is, zoals jullie als trouwe lezers van Visionair allemaal uiteraard weten, een soort afschrift van DNA, die weer door een ribosoom wordt vertaald in een eiwit. Si-RNA is RNA, maar dan met een basevolgorde die exact omgekeerd is van die van het RNA-afschrift (messenger-RNA) van een bepaald type gen. Het gevolg: het ribosoom kan het RNA niet meer lezen en dus kan dat eiwit niet meer gemaakt worden. Heel vervelend voor een bacterie die net bezig is je behoorlijk ziek te maken en dat eiwit nodig heeft om te groeien of om een bepaalde gifstof aan te maken. Die bacterie is er dan domweg geweest. Er zijn nog wat complicaties. Zo moet je er voor zorgen dat siRNA in de bacteriecel terecht komt (bacteriën hebben een stevige celwand). Omdat siRNA zeer specifiek op een bepaald gen werkt zijn er geen schadelijke neveneffecten: in andere bacteriën en menselijke cellen valt het instabiele RNA vanzelf uit elkaar.

Medikit
Helemaal mooi is natuurlijk een soort Star Trek-achtige medikit die voortdurend de laatste biopatterns downloadt uit een online database, met een RNA nanosampler het siRNA samenstelt, vermenigvuldigt en de soldaat  of patiënt injecteert met siRNA dat op maat voor de laatste biologische dreigingen is geschreven. Toevallig afgestudeerd biogeneticus en naarstig op zoek naar een gig? Het DARPA voorstel schuift in de eerste fase ongeveer anderhalve ton in dollars.

Deze uitvinding gaat waarschijnlijk ook heel wat mensenlevens redden, dus ook om die reden: gewoon doen.

Bron:
DARPA

The Plague, een schilderij uit 1898, stelt de pest metaforisch als rondwarend monster voor. Door de pest is meer dan een derde van de Europese bevolking gestorven.

Wordt E. coli de nieuwe Zwarte Dood?

De pestbacterie Yersinia pestis, de veroorzaker van de Zwarte Dood, ontstond in slechts enkele duizenden jaren uit de mildere maagparasiet Y. pseudotuberculosae. Een bijzonder akelige gedachte. Wat als datzelfde proces met de ‘onschuldige’ E. coli of een andere darmbacterie plaatsvindt en deze zich ontwikkelt tot een dodelijke ziekte?

The Plague, een schilderij uit 1898, stelt de pest metaforisch als rondwarend monster voor. Door de pest is meer dan een derde van de Europese bevolking gestorven.
The Plague, een schilderij uit 1898, stelt de pest metaforisch als rondwarend monster voor. Door de pest is meer dan een derde van de Europese bevolking gestorven.

Pest nog steeds zeer gevaarlijke ziekte
De pest is nog steeds een dodelijke ziekte. Zonder behandeling kunnen patiënten binnen drie tot vijf dagen sterven. In de Middeleeuwen stierf ongeveer een derde van de Europese bevolking aan de Zwarte Dood, veroorzaakt door Yersinia pestis[1]. Ook nu nog meldt Wereldgezondheidsorganisatie WHO 1000 tot 3000 gevallen van de pest per jaar. Y. pestis komt op ieder continent voor behalve Antarctica.

Pestbacterie ontstaan uti darmbewoner
Al honderd jaar is bekend dat Yersinia pestis, de pestbacterie, en Yersinia pseudotuberculosae (die pseudotuberculose, een milde ingewandsziekte veroorzaakt) nauw met elkaar verwant zijn. Hoe nauw, blijkt nu. Yersinia pestis is ontstaan uit Y. pseudotuberculosis en verschilt hier genetisch vrijwel niet van. Al langer zijn onderzoekers zeer verbaasd hoe het kan dat een relatief milde parasiet zich zo gemakkelijk kon ontwikkelen tot misschien wel de meest verwoestende epidemie ooit.  Met behulp van nieuwe DNA sequentietechnieken hebben onderzoekers van de Northwestern University Feinberg School of Medicine, ontdekt hoe deze twee genetisch nauwelijks verschillende bacteriesoorten twee enorm  verschillende ziektebeelden kunnen opleveren.

Enkele ontbrekende kleine stukjes los RNA veranderden milde parasiet in massamoordenaar
De verschillende in ziektebeeld komen door veranderingen in kleine, niet coderende stukjes RNA (sRNA’s), die veel cellulaire processen controleren. RNA wordt gewoonlijk door cellen gebruikt als ‘afschrift’ van DNA. Dit RNA, messenger RNA, wordt vervolgens gelezen door een ribosoom en vertaald in een eiwit. De honderden sRNA’s die alleen al in een enkele bacterie voorkomen, worden nooit vertaald in eiwitten, maar doen iets heel anders. Wat ze precies doen, was tot nu toe een raadsel. De onderzoekers brachten alle s-RNA’s voor de oerpestbacterie Y. pseudotuberculosis in kaart. Verdere analyse leidde tot een aantal verrassende ontdekkingen over hun functie. Van de 150 s-RNA’s die het team vond, is een meerderheid specifiek voor de Yersinia soort en zes sRNA’s zijn uniek voor Y. pseudotuberculosis.

Deze zes sRNA’s ontbreken in de pestbacterie Y. pestis. De onderzoekers veronderstellen dat deze verloren zijn gegaan gedurende de snelle evolutie van deze bascterie, zo’n 1500 jaar tot 20 000 jaar geleden en mogelijk de verklaring zijn voor de agressiviteit van de pest. Hier is ook een goede evolutionair-genetische reden voor. Tot de komst van de landbouw, aan het einde van de laatste ijstijd, waren er maar weinig mensen die ook nauwelijks contact met elkaar hadden. Een parasiet die zijn gastheer doodt houdt het dan niet lang uit. Met de komst van landbouw en steden kreeg Y. pestis de kans zich te ontwikkelen tot agressieve ziekteverwekker.

Wordt E. coli de nieuwe pest?
Er zijn meer ‘onschuldige’ darmparasieten met agressieve neigingen. Een heel bekende is Escherichia coli, waaruit zich de agressieve EHEC-bacterie heeft ontwikkeld. Naar nu blijkt, met ongeveer hetzelfde ontwikkelpatroon als de pestbacterie volgde (al is bij mijn weten niet bekend of dit ook met sRNA te maken heeft). Zou zich uit E. coli of een soortgelijke darmbewoner de opvolger van de pest kunnen ontwikkelen? Mede gezien het feit dat antibiotica hun werking steeds meer verliezen, een uitermate akelige gedachte.

Bronnen
1. Verena J. et al., Targeted enrichment of ancient pathogens yielding the pPCP1 plasmid of Yersinia pestis from victims of the Black Death. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011
2. W. Lathem, J. Koo et al., Global discovery of small RNAs in Yersinia pseudotuberculosis identifies Yersinia-specific small, noncoding RNAs required for virulence, PNAS (2011)
3. From Mild-Mannered to Killer: Study Explains Plague’s Rapid Evolution and Sheds Light On Fighting Deadly Diseases, Science Daily (2011)

Zouden er op ijsplaneten dit soort bizarre ijswormen leven? Er is in ieder geval een goede kans dat wij een ijzig verleden hebben.

‘Leven begonnen in ijs’

In de bekende levensvormen anno nu slaat het DNA de informatie op en doen eiwitten het werk. De meeste wetenschappers zijn het er over eens dat het eerste leven ontstond uit RNA. RNA kan namelijk zowel informatie opslaan als iets ‘doen’. Maar waar kwam RNA vandaan? RNA is namelijk niet erg stabiel. Volgens biochemicus Holliger is er maar één logische verklaring.

Zouden er op ijsplaneten dit soort bizarre ijswormen leven? Er is in ieder geval een goede kans dat wij een ijzig verleden hebben.
IJswormen sterven boven een temperatuur van zeven graden. Zouden er op ijsplaneten dit soort bizarre wezens leven? Er is in ieder geval een goede kans dat wij een ijzig verleden hebben.

Wat is RNA?
RNA is minder bekend dan DNA. RNA vervult in onze cellen de rol van ‘kladpapier’ dat van DNA wordt gekopieerd en vervolgens weer wordt vertaald, in eiwitten deze keer. Ook het celonderdeel dat RNA vertaalt in eiwitten, het ribosoom, bestaat zelf bijna helemaal uit RNA.
RNA is dus heel erg belangrijk, want zonder RNA zou ons DNA niet gelezen kunnen worden. Nu is het bijzondere aan RNA dat het zowel informatie bevat (zoals DNA) en als enzym kan werken (zoals een eiwit). Een molecuul dat zowel informatie draagt als iets kan doen is uiteraard de ideale kandidaat om de oorsprong van het leven te zijn.

Bezwaren tegen RNA: molecuul leeft erg kort
DNA blijft tienduizenden jaren goed. Daarom kan er zelfs nu nog DNA van Egyptische mummies, Neanderthalers en mammoeten worden gevonden en willen sommige onderzoekers proberen de mammoet weer tot leven te wekken. Dat geldt niet voor RNA. Het molecuul houdt het niet langer dan enkele uren tot dagen uit. Dat is uiteraard niet erg handig voor een proto-levensvorm. Sommige onderzoekers gebruiken dit argument om de RNA-wereld hypothese naar hartenlust af te branden.

Andere onderzoekers zijn bezig omstandigheden te verzinnen waaronder RNA wel lange ketens kan hebben gevormd die stabiel genoeg waren om zich tot een vorm van protoleven te ontwikkelen. In één theorie ligt de wieg van het leven in ijs. Bij temperaturen rond het vriespunt bestaat RNA namelijk veel langer dan op kamertemperatuur.

Is het leven in ijs ontstaan?
Als water bevriest, klitten de watermoleculen samen om zuiver ijs te vormen. De opgeloste stoffen, zoals RNA, worden geconcentreerd in het water dat overblijft. In een experiment voegde biochemicus Holliger een ribozym (een RNA-enzym) toe aan een ‘oerbrouwsel’ van RNA-nucleotiden (‘bouwstenen’ van RNA). Hij ontdekte dat het ribozym veel langer actief bleef in de ijzige omgeving. In het ijs kan zich mogelijk een soort Darwinistische evolutie tussen verschillende RNA-strengen hebben ontwikkeld, waarbij uiteindelijk sommige strengen er in slaagden om samen te werken en een primitieve celwand te vormen. Pas op het moment dat het leven er in slaagde DNA te ontwikkelen, konden hete, minder gastvrije omgevingen worden gekoloniseerd. Dat laatste overigens met succes. Er zijn nu levensvormen die tot boven de honderd graden kunnen leven.

Bronnen
Olexandr Isayev, Cold start of Life: Ice as a protocellular medium for RNA replication (2010)
Attwater, J., Wochner, A., Pinheiro, V., Coulson, A., & Holliger, P. (2010). Ice as a protocellular medium for RNA replication Nature Communications, 1 (6), 1-8 DOI: 10.1038/ncomms1076

Ribosomen vertalen RNA in eiwit. Zelf bestaan ze bijna helemaal uit RNA. Waarschijnlijk zijn ribosomen overblijfselen uit de geheimzinnige RNA wereld.

‘Leven begon in RNA reactor’

RNA is de voorloper van DNA, daar zijn de meeste biologen het wel over eens. Maar waar komt RNA nu vandaan? Misschien uit een natuurlijke RNA reactor die werd aangedreven door een temperatuursverschil, denken enkele onderzoekers. Ze bereikten opvallende resultaten.

Leven begon met RNA

Ribosomen vertalen RNA in eiwit. Zelf bestaan ze bijna helemaal uit RNA. Waarschijnlijk zijn ribosomen overblijfselen uit de geheimzinnige RNA wereld.
Ribosomen vertalen RNA in eiwit. Zelf bestaan ze bijna helemaal uit RNA. Het zijn dus ribozymen: RNA-enzymen. Waarschijnlijk zijn ribosomen overblijfselen uit de geheimzinnige RNA wereld.

DNA op zichzelf kan vrijwel niets. Alleen omdat er eiwitten bestaan die DNA kunnen vertalen in RNA (DNA transcriptases), functioneert DNA. DNA is niets anders dan een opslagmolecuul, waarvan stukken in RNA moeten worden overgeschreven voor er wat dan ook kan gebeuren. Het leven kan dus niet begonnen zijn met DNA.
RNA, net als DNA een keten van chemische letters (nucleotiden)  kan echter meer.

Zo zijn er ribozymen, stukken RNA die werken als enzym. Het bekendste voorbeeld: ribosomen, die een stuk boodschapper-RNA vertalen in een eiwit. Tegelijkertijd kan RNA ook informatie dragen. Kortom: RNA heeft zeer goede papieren om het vooroudermolecuul te zijn (al is het veel minder stabiel dan DNA).

Maar waar komt RNA zelf vandaan? Enkele onderzoekers denken nu dat het antwoord hierop een RNA-reactor is. De bouwstenen van RNA hopen zich op in een kleine porie, aangedreven door een temperatuursverschil. RNA ketens kunnen bindingen vormen en hybridiseren, waardoor een zwakke vorm van informatieoverdracht kan plaatsvinden van het ene RNA molecuul naar het andere: RNA kan zichzelf dus enigszins kopiëren en de informatie in het RNA kan langer overleven dan het molecuul zelf intact blijft.

De RNA reactor diep op de zeebodem

The onderzoekers, Benedikt Obermayer, Hubert Krammer, Dieter Braun, en Ulrich Gerland van de Ludwig Maximilian Universität van München, hebben een model van een prebiotische RNA reactor ontwikkeld [1].Essentieel hierin zijn RNA replicators: stukken RNA die informatie van zichzelf naar een ander RNA molecuul kunnen overbrengen zodat de informatie zelfs overleeft als de oorspronkelijke moleculen uit elkaar zijn gevallen. Hier hebben de onderzoekers onderzocht hoe RNA replicators uit eenvoudige RNA reactors van miljarden jaren oud zijn ontstaan.

Hun simulatie laat zien dat een combinatie van eenvoudige fysische en chemische mechanismes het veel gemakkelijker kan maken dat een prebiotisch evolutionair systeem kan ontstaan, ongeveer zoals het RNA-wereld scenario zegt, aldus onderzoeker Gerland.

De wetenschappers gingen bij hun berekeningen uit van een onderzeese vulkanische bron waarin zich een RNA reactor vormde. Deze reactor bleek in staat tussen moleculen informatie uit te wisselen. De omgeving die ze zich hadden voorgesteld zijn poreuze rotsen op de zeebodem waar sterke temperatuursverschillen (het vulkanisme was vier miljard jaar geleden veel heftiger dan nu) thermische bronnen convectiestromen opwekten. Deze stromen transporteerden moleculen in de nauwe poriën. Door temperatuurvariaties hopen de RNA-bouwstenen zich op in een klein gebiedje en vormen door toeval verbindingen met elkaar. Door vouwen en hybridisatie vormen de polynucleotiden langere ketens, uiteindelijk lang genoeg om zich als volwaardig RNA te gedragen.

RNA valt vooral daar uit elkaar waar de bouwstenen niet gepaard zijn. Door dit effect ontstaat er een selectiedruk voor baseparen en neemt de complexiteit en levensduur van RNA moleculen toe. Een structuur die op die manier zou kunnen ontstaan is een ribozym-een RNA enzym dat dus echt biochemische bewerkingen uit kan voeren.

De computersimulaties lieten zien dat  de RNA reactor een zwakke vorm van kopiëren mogelijk maakt. De RNA moleculen trokken nucleotiden aan waardoor er een tweede streng ontstond (hybridisatie) en kopieerden zichzelf op die manier. Bewijs van informatieoverdracht dook op toen sommige RNA volgordes veel langer dan verwacht bleven bestaan. Klaarblijkelijk slaagden ze er in hun informatie aan andere moleculen over te dragen voor ze uit elkaar vielen. Ook zijn RNA moleculen die gebonden zijn aan een ander stuk RNA veel stabieler. Omdat stabiele stukken RNA zich het meeste kopieerden, ontstond zo informatieoverdracht. Zodra zich echte ribozymen hebben gevormd uit een RNA reactor, dan kunnen ze een efficiënt zelfreplicerend systeem vormen in de vorm van een RNA replicator. De onderzoekers hopen dit in de toekomst in een experiment met echt RNA aan te kunnen tonen. Ze zijn al voorbereidingen hiervoor aan het treffen, aldus Gerland.

Bronnen
1. Benedikt Obermayer, et al. “Emergence of Information Transmission in a Prebiotic RNA Reactor.” Physical Review Letters 107, 018101 (2011)

Guide RNA uit een trypanosoom (de verwekker van slaapziekte).

Doorbraak behandeling erfelijke ziekten

Voor het eerst zijn wetenschappers er in geslaagd een genetische fout te repareren, door een fout in m-RNA te repareren. Ongeveer een derde van alle genetische aandoeningen kan volgens dit principe behandeld worden.

Stopcodon

Guide RNA uit een trypanosoom (de verwekker van slaapziekte).
Guide RNA uit een trypanosoom (de verwekker van slaapziekte).

Uit genen worden eiwitten zoals enzymen geproduceerd in twee stappen. De eerste stap is het overkopiëren van het DNA van een gen in een streng RNA, het m-rna (‘messenger-RNA’ of boodschapper-RNA). In de tweede stap wordt deze “blauwdruk” steeds in blokken van drie nucleïnezuren (de bits van DNA en RNA, drie nucleïnezuren samen vormen een codon) vertaald in een eiwit. Dit gebeurt door een ribosoom. Zodra het ribosoom een stopcodon, bijvoorbeeld UGA, tegenkomt, houdt het ribosoom op met het RNA te lezen. Er ontstaat dan een onvoltooid eiwit dat uiteraard niet werkt en, als het belangrijk is voor de cel, een erfelijke ziekte veroorzaakt. Op een verkeerde plaats optredende premature stopcodons zijn verantwoordelijk voor ongeveer een derde van alle genetische afwijkingen, waaronder taaislijmziekte en verschillende vormen van erfelijke kanker.

Het is uiteraard niet nodig dat ribosomen gevoelig zijn voor stopcodons: immers het m-RNA zelf is al een complete beschrijving van het eiwit. Dit is overigens weer een nieuw bewijs dat RNA ouder is dan DNA en dat wat nu m-RNA is, vroeger het gen zelf was.

Gen-dokteren
De onderzoekers ‘repareerden’ het m-RNA met gids-RNA, een stukje RNA dat alleen in kinetoplastiden, eencelligen met celkern en een zweepstaart, zoals die slaapziekte veroorzaken, voorkomt. Gids-RNA ‘zoekt’ de plek op het m-RNA dat vrijwel exact lijkt op het gids-RNA en bindt zich daar vast. Gids-RNA is in staat wijzigingen in m-RNA aan te brengen. Dit kan je vergelijken met het bijwerken van een blauwdruk door de aannemer. Het gids-RNA bindt met de plek waar de wijziging op is getreden en verandert het stopcodon in een codon voor het normale aminozuur. Als gevolg hiervan wordt het normale eiwit geproduceerd. De cel is -voor even- genezen van de erfelijke ziekte.

Voordelen van m-RNA therapie
Het grote voordeel van deze methode is dat het niet nodig is om wijzigingen in het DNA van de patiënt aan te brengen. Dit is lastig (het DNA zit opgesloten in de celkern, al zou je daarvoor een virus kunnen gebruiken) en ook uiterst gevaarlijk. Als het virus de verkeerde wijziging aanbrengt, zijn de gevolgen verwoestend voor de patiënt. Het m-RNA (en g-RNA) gaat in meercelligen enkele uren tot enkele dagen mee, dus de schadelijke gevolgen zijn zeer beperkt, zo niet afwezig. Eventuele medicijnen die m-RNA aanpassen moeten dus dagelijks geslikt worden. En dat is dan weer erg interessant voor farmaceuten. Aan een medicijn dat het hele leven dagelijks geslikt moet worden, kunnen ze lekker verdienen, dus de kans is groot dat hier (dure) medicijnen uit gaan rollen.

Juich alleen nog niet te vroeg. Het onderzoek, gepubliceerd in het vooraanstaande tijdschrift Nature, is gedaan aan gist, een eencellige die onder meer verantwoordelijk is voor het rijzen van brood en het vergisten van mout tot bier. Wel betekent dit dat deze behandelingsmogelijkheid in principe mogelijk is, dus dat de kans groot is dat over enkele jaren de eerste gentherapieën voor mensen op zullen duiken.

Bronnen
Scientists Override Errant Form of Genetic Signaling for First Time: Changing Genetic ‘Red Light’ to Green Holds Promise for Treating Disease, Science Daily
John Karijolich, Yi-Tao Yu. Converting nonsense codons into sense codons by targeted pseudouridylation. Nature, 2011