Onderzoekers van Dartmouth College hebben ontdekt dat de rangschikking van genen, of 'gen-syntax', binnen een plasmide de genexpressie aanzienlijk beïnvloedt. Deze bevinding benadrukt het belang van genplaatsing, vergelijkbaar met hoe woordvolgorde de betekenis van een zin beïnvloedt.
Gen-syntax is belangrijk
De studie, gepubliceerd in het Journal of Biological Engineering, onthult dat het wijzigen van de gen-syntax de beweging van transcriptionele machinerie langs DNA, de interactie tussen replicatie en transcriptie en de variabiliteit in genexpressie beïnvloedt. Onderzoekers analyseerden systematisch de impact van genvolgorde en -oriëntatie op plasmiden, kleine, cirkelvormige DNA-moleculen die vaak in bacteriën voorkomen en worden gebruikt om genfunctie te bestuderen.
Experimenteel ontwerp en resultaten
De onderzoekers construeerden plasmiden met fluorescerende reportergenen in verschillende volgordes en oriëntaties, terwijl ze promoters en ribosomale bindingsplaatsen identiek hielden. De resultaten toonden aan dat veranderingen in de gen-syntax leidden tot significante verschillen in expressieniveaus en variabiliteit. De expressie van groen fluorescerend proteïne (GFP) varieerde bijvoorbeeld met meer dan 1,8 keer, afhankelijk van de plaatsing. Genen die in dezelfde richting waren uitgelijnd als de oorsprong van de replicatie van het plasmide, vertoonden een hogere expressie, terwijl tandem-genoriëntatie leidde tot een sterkere expressie, en divergente oriëntatie de genactiviteit onderdrukte.
Implicaties voor synthetische biologie
Het veranderen van de genvolgorde veranderde ook de expressieniveaus, wat bevestigt dat zowel positie als oriëntatie de genoutput beïnvloeden. Deze bevindingen tonen aan dat gen-syntax een cruciaal ontwerpelement is. Door gen-syntax te behandelen als een afstembaar variabele, kunnen synthetische biologen en bio-ingenieurs de voorspelbaarheid en precisie van genetische hulpmiddelen verbeteren, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor geoptimaliseerde genetische engineeringtechnieken en efficiëntere gencircuits voor verschillende toepassingen.