Er zijn 356 genetische functies die een bacterie absoluut nodig heeft om te overleven. En het is in veel opzichten een andere set dan de systeembiologie tot nu toe aannam, stelt Bernhard Palsson (UC San Diego) in PNAS.

Hij spreekt van het ‘paleoom’ waarover zelfs de alleroudste herkenbare voorgangers van die bacteriën al moeten hebben beschikt om zich te kunnen handhaven: wat er daarna is bijgekomen, is in wezen franje.

Ook wanneer je een bacterie op de tekentafel ontwerpt moet je om te beginnen het complete paleoom er in stoppen, anders doet-ie het zeker niet.

De bestaande ‘minimale genomen’ van de systeembiologie ontstonden vooral door het genoom van zo veel mogelijk verschillende soorten te vergelijken: genen die bij elke soort vrijwel ongewijzigd terugkomen, moeten haast wel essentieel zijn.

Het ‘paleoom’ van Palsson en collega’s leunt minder op afzonderlijke genen en meer op functies, processen en reacties die wél essentieel zijn maar niet per se aan één bepaald gen worden toegeschreven. Het is dan ook geen genoom maar een proteoom, dus een collectie geproduceerde eiwitten.

De samenstelling was een kwestie van computersimulaties. De onderzoekers ontwikkelden een model dat metabolisme en genetische expressie binnen een bepaalde stam van E.coli zo compleet mogelijk weergeeft. Vervolgens simuleerden ze 333 verschillende combinaties van omgevingscondities, telkens met andere bronnen voor koolstof, stikstof, fosfor of zwavel die dus ook telkens door andere metabole routes moesten worden aangeboord. De eiwitketens die ondanks alles in alle 333 gevallen werden geproduceerd moesten wel essentieel zijn. Dat waren er dus 356.

De genen die verantwoordelijk zijn voor die 356 eiwitten, vertonen een behoorlijke overlap met die in eerdere minimale genomen. Maar er zijn ook grote verschillen: er zitten maar liefst 212 genen bij die in eerder onderzoek het lijstje van essentiële onderdelen van E.coli niet haalden.

Vergelijking met bestaande proteomics-data, afkomstig uit high-throughputexperimenten van andere bacteriesoorten, doen echter vermoeden dat de paleoomselectie wel degelijk hout snijdt.

Het sterkste bewijs zou een synthetische bacterie zijn die met dit paleoom daadwerkelijk kan overleven – en dat is uiteraard precies wat de systeembiologie graag wil bereiken. Overigens voorspelt Palsson dat je er met alléén het paleoom nog niet bent en ook nog een paar honderd genen moet toevoegen die alleen essentieel zijn in combinatie met de gekozen voedingsbodem.

bron: UCSD