Bakterier kan bruges til at producere alt fra lægemidler til industrielt attraktive molekyler og biobrændstof. Det kræver dog, at man kan manipulere deres gener en hel del, og det er nu blevet meget lettere med en ny teknologi kaldet pAblo pCasso.
Der kan være mange gode grunde til at manipulere med generne i bakterier. Manipulerer man generne i én retning, kan man som eksempel få bakterierne til at lave lægemidler. Manipulerer man dem i en anden retning, kan man få dem til at producere industrielt attraktive molekyler eller endda gøre resistente bakterier følsomme over for antibiotika igen.
Traditionelt har det været en kompliceret affære at ændre på bakteriers genetiske byggesten, men det er nu blevet meget lettere, efter at forskere har udviklet en ny teknologi til meget præcist at ændre de individuelle byggesten.
Som kunstnere kan forskere nu designe bakterier præcis, som de vil have dem.
Teknologien har da også fået det meget kunstneriske navn pAblo pCasso.
»Med pAblo pCasso har vi skabt et nyt system til meget præcist at omskrive de genetiske byggesten i bakterier. Det har været muligt førhen i eukaryote celler som for eksempel cellerne i dyr, men det har ikke før nu været muligt med samme præcision at gøre det i bakterier,« forklarer en af forskerne bag udviklingen af teknologien, professor og gruppeleder Pablo Ivan Nikel fra Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU).
Forskningen er offentliggjort i Nucleic Acids Research.
Ændrer direkte i DNA’ets byggesten
Det problem, som pAblo pCasso løser, er muligheden for at ændre i ét enkelt af et bakterielt DNAs byggesten, også kaldet et nukleotid.
Mange har sikkert hørt om den genetiske saks CRISPR, der kan klippe og klistre i gener, og det er den, som Pablo Ivan Nikel med sine kollegaer har modificeret til at fungere på en helt ny måde.
I stedet for at klippe i DNA’et og skifte ét eller flere nukleotider ud med andre, gør pAblo pCasso det, at den blot modificerer ét enkelt nukleotid fra en cytosin eller en adenin til et af de andre nukleotider.
»Det gør teknologien meget anvendelig i vores daglige arbejde i laboratoriet, når vi skal designe vores bakterielle cellefabrikker og ændre på funktionen af gener ved blot at ændre ét nukleotid. Resultatet er det samme, om man bruger de gamle teknikker eller pAblo pCasso, men det går bare meget hurtigere,« forklarer Pablo Ivan Nikel.
Lånt elementer af CRISPR-teknologien
Tager vi et nærmere kig på teknologien, så benytter den dele af CRISPR-Cas9-teknologien, der som nævnt klipper DNA over på et forudbestemt sted.
CRISPR-Cas9 består af både en genetisk saks til at klippe i DNA’et og en sekvens til at binde til DNA’et lige akkurat der, hvor der skal klippes.
Den del, der genkender DNA’et, har forskerne beholdt i pAblo pCasso og benytter det til at genkende lige akkurat det sted på DNA’et, hvor man gerne vil ændre i ét enkelt nukleotid.
Saksen er skiftet ud med et andet protein, der i stedet for at klippe blot modificerer nukleotidet.
Det kan lade sig gøre, fordi nukleotider er ret ens, selvom deres tilstedeværelse i DNA’et kan skabe store forandringer i for eksempel et gens funktion.
Denne del af pAblo pCasso lånte forskerne fra teknologier til at lave de samme forandringer i eukaryote celler, men de måtte modulere dem for at få dem til at virke i bakterier.
Det involverede blandt andet skabelsen af mutationer i specifikke involverede proteiner, så de blev mere fleksible i genkendelsen af det rigtige sted på DNA’et at lave udskiftningen.
»Med teknikken kan vi nu lave en hvilken som helst forandring et hvilket som helst sted i en bakteries DNA. Det kunne man ikke før,« siger Pablo Ivan Nikel.
Nemt at bruge
Ifølge Pablo Ivan Nikel er systemet tæt på at være plug-and-play.
Vil man som eksempel have introduceret tre ændringer i en bakteries DNA for at få bakterien til at producere et specifikt protein med en specifik funktion, putter man bare den information ind i pAblo pCasso, og så sørger systemet for forandringerne i den givne bakterie.
pAblo-delen af pAblo pCasso står for at ændre i adenin-nukleotider, mens pCasso står for at ændre i cytosin.
Med teknologien kan forskere ændre på nukleotider, gener og proteiner i bakterier, som var de biologiske LEGO-klodser.
»I vores forsøg har vi blandt andet tændt og slukket for gener ved at bytte nogle nukleotider ud med andre. Vi kan som eksempel slukke for gener, der gør bakterier resistente over for antibiotika. Med teknologien kan man også introducere eller ændre gener i bakterier, så de kan lave nye eller bedre proteiner til medicin, industriel brug eller endda biobrændstoffer,« fortæller Pablo Ivan Nikel.
