Wetenschappers krimpen de genetische code van E. coli tot slechts 57 van zijn gebruikelijke 64 codons.

1 augustus 2025

rapport

door Krystal Kasal, Phys.org

bijdragende schrijver

bewerkt door Gaby Clark, gecontroleerd door Robert Egan

wetenschappelijk redacteur

associate redacteur

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgden:

gecontroleerd op feiten

peer-reviewed publicatie

betrouwbare bron

nagekeken

Het DNA van bijna al het leven op aarde bevat veel redundanties, en wetenschappers hebben zich lang afgevraagd of deze redundanties een doel dienden of dat ze gewoon overblijfselen waren van evolutionaire processen. Zowel DNA als RNA bevatten codons, dat zijn sequenties van drie nucleotiden die ofwel informatie verschaffen over hoe een eiwit met een specifiek aminozuur moet worden gevormd, of de cel vertellen om te stoppen (een stopsignaal) tijdens eiwitsynthese.

In totaal zijn er 64 mogelijke codon combinaties en deze combinaties zijn bijna universeel voor al het leven op aarde. Maar sommige codons zijn overbodig. Er zijn slechts 20 aminozuren beschikbaar voor een cel om mee te werken, en 61 van de 64 codons zijn beschikbaar voor eiwitsynthese, terwijl er 3 als stopsignalen worden gebruikt. Dit zorgt voor veel redundantie in codons.

Enkele studies suggereren dat deze redundanties kunnen helpen bij het voorkomen van mutaties in DNA, maar het reduceren van de genetische code van bepaalde organismen door het verwijderen van overbodige delen kan ook voordelig zijn. In 2019 hebben een groep wetenschappers het genoom van E. coli teruggebracht naar 61 codons van 64 door 18.214 wijzigingen aan te brengen. Ze noemden de resulterende versie Syn61 en deze virusbestendige versie wordt gebruikt om betrouwbaardere medicijnen te maken en voor het vervaardigen van nieuwe materialen.

Nu heeft een andere groep wetenschappers, enkelen van hen werkten aan Syn61, de genetische code van E. coli verder weten te reduceren tot 57 codons, resulterend in Syn57. Ze hebben onlangs hun werk gepubliceerd in Science.

Deze verdere reductie was een enorme inspanning. Het team heeft meer dan 101.000 codon wijzigingen doorgevoerd door het genoom op te delen in 38 secties en zorgvuldig redundante codons te vervangen door synonieme codons - die dezelfde functie uitvoeren. Telkens wanneer er een vervanging werd gedaan, moesten de onderzoekers bepalen of de verandering schadelijk zou zijn voor de levensvatbaarheid van de bacteriën voordat ze verder gingen.

Ze leggen uit: 'Het in kaart brengen en oplossen in elke fase van de synthese was vaak cruciaal om de volgende stap van de synthese mogelijk te maken. Deze experimenten bieden een paradigma voor het integreren van 'just in time' defecten in kaart brengen en oplossen van initiële ontwerpen in synthetische schema's, zodat lokale defecten vroeg in de synthese geïdentificeerd en opgelost worden, en langere reeks, potentieel epistatische of synthetisch dodelijke, defecten worden geïdentificeerd en opgelost terwijl ze tijdens het montageproces naar voren komen.'

Uiteindelijk slaagde het team erin de genetische code te verkorten tot 57 codons door zes zin codons en een stop codon te vervangen door synonieme codons. De resulterende bacteriën die werden gemaakt met de nieuwe code waren inderdaad een levend organisme, maar de onderzoekers ontdekten dat ze rond vier keer langzamer groeien dan de oorspronkelijke stam - een probleem dat ze uiteindelijk hopen op te lossen. De nieuwe stam vertoont echter een duidelijk gene-expressieprofiel, wat wijst op een brede fysiologische aanpassing.

Enkele mogelijke toepassingen van deze nieuwe stam zijn virusbestendige organismen voor biotechnologie en industrie, en de synthese van eiwitten en polymeren met nieuwe eigenschappen. Over het algemeen zijn de onderzoekers optimistisch over het potentieel van deze nieuwe stam. Hun werk roept ook vragen op over de grenzen van het verminderen van het aantal codons of het creëren van organismen met geheel nieuwe biochemieën.

De auteurs van de studie zeggen: 'Dit werk illustreert hoe genoomsynthese de genoomsequenties van organismen naar nieuwe regio's van sequentiespace kan verplaatsen die mogelijk niet zijn benaderd door natuurlijk leven.'

Geschreven voor u door onze auteur Krystal Kasal, bewerkt door Gaby Clark, en gecontroleerd op feiten en beoordeeld door Robert Egan - dit artikel is het resultaat van zorgvuldig menselijk werk. We vertrouwen op lezers zoals u om onafhankelijke wetenschapsjournalistiek in leven te houden. Als deze rapportage belangrijk voor u is, overweeg dan een donatie (vooral maandelijks). U krijgt een advertentievrij account als bedankje.

Meer informatie: Wesley E. Robertson et al, Escherichia coli with a 57-codon genetic code, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ady4368

Tijdschriftinformatie: Science

© 2025 Science X Network