Cellen programmeren lukt steeds beter

De RNA-schakelaar van Green et.al

De RNA-schakelaar van Green et.al. Het trigger-RNA is wat in dit artikel  RNA-boodschap wordt genoemd (afb: A. Green)

Er wordt wel gespeculeerd over de informatische toepassingen van kernzuren (DNA en RNA) of over de geweldige opslagcapaciteit van een DNA-geheugen, maar ik, leek op ieder terrein, denk dat die toepassingen meer liggen in de biologische sferen, in het ‘programmeren’ van cellen, bijvoorbeeld. De Amerikaanse onderzoeker Alex Green van de universiteit van Arizona heeft wat informatische trucs uitgehaald met levende cellen. Qua toepassingen moet je denken aan gerichte medicijnafgifte, diagnostisering, nanorobotjes die azen op kankercellen of het uitschakelen van afwijkende genen.

“We gebruiken heel voorspelbare en programmeerbare wisselwerkingen tussen RNA-moleculen om te laten zien wat deze circuits kunnen doen”, zegt de onderzoeker. “Dat betekent dat we algoritmes gebruiken om RNA-moleculen te ontwerpen op de manier zoals wij willen dat die zich gedragen in een cel. Dat maakt het ontwerpproces een stuk sneller.”
De wat Green noemt ‘circuits’ bestaan uit diverse RNA-moleculen. Ze lijken een beetje op elektronische circuits, vandaar de naam, reageren op inkomende boodschappen door ervoor te zorgen dat er een bepaald eiwit wordt aangemaakt, in computertermen het resultaat van een logische operatie.
Je kunt zo’n circuits zo ingewikkeld maken als binnen je vermogens ligt. Green en de zijnen ontwierpen op de computer logische poorten en bouwden die vervolgens in cellen in. De circuits worden in werking gezet door ‘boodschappen’ (bepaalde stukjes RNA) die zich binden aan de complementaire stukken RNA in het circuit (A tegenover U en G tegenover C). Dat activeert de ‘logische poort’ die zorgt voor de uitvoer (een of meer eiwitten of juist niet).

De aanpak van Green en de zijnen zou het ‘programmeren’ van cellen aanzienlijk eenvoudiger hebben gemaakt, vooral doordat alleen RNA in de circuits wordt gebruikt. De paring van de kernbasen (A, G, C, U) zorgt voor een voorspelbare zelfassemblage van de circuits en het functioneren daarvan in een levende cel.

1994

De mogelijkheid om kernzuren te gebruiken voor informatische doeleinden werd voor het eerst gedemonstreerd in 1994 door Leonard Adleman van de universiteit van Zuid-Californië. Sedertdien is er wel het een en ander gebeurt en recentelijk heeft het ‘strijdtoneel’ zich verplaatst naar levende cellen. Meestal worden daarvoor bacteriecellen gebruikt, omdat die makkelijker te manipuleren zijn dan de eukaryote cellen (cellen met een kern).
De techniek van Green maakt gebruik van de de ‘enkelstrengigheid’ van RNA. Die strengen kunnen dan ‘paren’ met RNA met een complementaire sequentie. Die ‘paring’ betrouw- én voorspelbaar, wat bij een informatische activiteit natuurlijk onontkomelijk is. Doordat je bijna eindeloos veel RNA-sequenties kunt fabrieken kun je uiterst ingewikkelde operaties uitvoeren.
De onderzoekers rond Green maakten diverse poorten: EN-, OF-, en NIET-poorten. Bij een EN-poort volgt er actie als twee (of meer) RNA-boodschappen aanwezig zijn, bij een OF-poort als een van beide er is en bij een NIET-poort gebeurt iets niet als een van beide RNA-boodschappen wordt aangetroffen. Die poorten kun je dan weer combineren. De onderzoekers bouwden poorten die meer dan twee ‘ingangen’ (RNA-boodschappen) hebben (tot twaalf, als ik het goed begrijp).

Al die onderdelen kunnen in een molecuul worden samengebouwd, zodat er een compact geheel ontstaat dat makkelijk een plaatsje kan vinden in een cel. Daarbij gebruikten Green c.s. een RNA-‘hechtschakelaar’ uit eigen stal, die nuttig bleek bij het aantonen van het zikavirus. Virus-RNA activeert de ‘schakelaar’, waardoor er een eiwit werd aangemaakt dat het boeltje van kleur doet veranderen. Het maken van RNA-circuits om de eiwitproductie in een cel te sturen biedt mogelijkheden bij het aantonen van een reeks aan ziektes.

Neurale netwerken

Green gaat zich met zijn RNA-schakelaars nu storten op neurale netwerken in levende cellen, die een beetje moeten werken zoals hersencellen onderling samenwerken. Uiteindelijk hopen hij en de zijnen het voor elkaar te krijgen dat cellen communiceren via ‘programmeerbare’ (= beïnvloedbare) molecuulsignalen, zodat er een echt interactief breinachtig netwerk ontstaat (volgens mij bestaat zo’n systeem al, maar nu zeg ik waarschijnlijk wat doms).
Green: “Met RNA werkt dat ook in andere cellen dan hersencellen, zodat die algemene strategie ook gebruikt kan worden in andere organismen (dat staat er, maar het leek me dat ie organen bedoelt; as).” Op naar de programmeerbare cel, om wat te doen? Mensen programmeren?

Bron: EurekAlert

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *