Wat als je evolutie niet hoeft af te wachten, maar gewoon zelf kunt versnellen?
Onderzoekers van de Universiteit van Sydney hebben een methode ontwikkeld om eiwitten te laten evolueren binnen zoogdiercellen, vergelijkbaar met hoe kunstmatige intelligentie leert uit ervaring. Het systeem krijgt de naam PROTEUS, kort voor PROTein Evolution Using Selection. De techniek is gebaseerd op ‘gerichte evolutie’. Dat is een techniek waarmee wetenschappers in het lab het natuurlijke evolutieproces nabootsen, maar dan veel sneller. Waar de natuur miljoenen jaren nodig heeft, kan PROTEUS in een paar weken moleculen met nieuwe of betere functies maken. Dit gebeurt niet in bacteriën of gist, zoals vroeger vaak het geval was, maar direct in zoogdiercellen, en dat is veel dichter bij hoe ons eigen lichaam werkt.
De onderzoekers gebruiken hiervoor veilige virusachtige deeltjes, ook wel virus-achtige vesikels (VLV’s) genoemd. Deze zijn gemaakt van onderdelen van het Semliki Forest Virus, maar dan zonder de gevaarlijke stukjes. Ze dragen alleen de instructies voor het eiwit dat verbeterd moet worden.
Hoe PROTEUS eiwitten traint
Het systeem werkt als een soort survival of the fittest-wedstrijd. Cellen met eiwitten die goed presteren, krijgen de kans om zich voort te planten. Slecht werkende eiwitten vallen af. Dit komt doordat de activiteit van het eiwit is gekoppeld aan de overleving van de cel. Zo blijven alleen de beste mutaties over.
Die mutaties ontstaan vanzelf, dankzij de slordige kopieermachine van virussen. Per ronde komen er zo’n 2,6 kleine veranderingen per 100.000 cellen, vooral van het type waarbij adenine (een bouwsteen van DNA) verandert in guanine. Het systeem kan wel 30 ronden draaien zonder te crashen, genoeg voor ingewikkelde verbeteringen die meerdere stappen nodig hebben.
Wat kan het in de praktijk?
De onderzoekers hebben PROTEUS al op de proef gesteld. Ze maakten bijvoorbeeld een genregulatietool gevoeliger voor het antibioticum doxycycline. Resultaat: je hebt minder medicijn nodig voor hetzelfde effect, en dat is handig voor precieze therapieën. Ook verbeterden ze een sensor voor het p53-eiwit, dat een rol speelt bij DNA-schade en kanker. Deze sensor kan nu beter zien wanneer cellen stress hebben door chemotherapie, wat kan helpen bij betere diagnoses.
“Dit betekent dat PROTEUS nieuwe moleculen kan genereren die optimaal functioneren in ons lichaam. We kunnen het systeem gebruiken om nieuwe medicijnen te ontwikkelen die met bestaande technologieën moeilijk of zelfs onmogelijk te maken zijn”, zegt mede-auteur van de studie Greg Neely in een persbericht.
Beter dan vroeger
Vroegere methoden voor gerichte evolutie in zoogdiercellen hadden haken en ogen. Soms ontstonden ‘valsspelers’: deeltjes die voordelen kregen zonder echt nuttig te zijn. Andere systemen waren instabiel of maakten te weinig mutaties. PROTEUS tackelt deze problemen door de structuur van de virusdeeltjes aan te passen en alles afhankelijk te maken van de gastheercellen. Voorlopig werkt het in hamstercellen, maar de stap naar menselijke cellen lijkt niet ver weg.
De wetenschappers erkennen het belang van de uitvinding en maken alles daarom beschikbaar voor andere wetenschappers. “We hebben dit systeem open source gemaakt voor de onderzoekswereld en zijn benieuwd waar anderen het voor zullen inzetten”, zegt Neely. “Onze doelen zijn onder meer het verbeteren van genbewerkingstechnologieën en het verfijnen van mRNA-geneesmiddelen voor krachtigere en specifiekere effecten.”
