Bacteriën bouwen gouden druksensor

bacteriecircuits: combi van dode en levende materialen

Met een genschakeling in het DNA van de E. coli (a) zijn ruimtelijke structuren met gouddeeltjes te kweken (b) die onderdelen zouden kunnen zijn van een levende ic (c) (afb: Duke-univ.)

Als er druk op wordt uitgeoefend, gaat er licht branden, hoe hoger de druk hoe meer licht. Deze druksensor is bijzonder, want (mede) gebouwd door bacteriën. Door het DNA van het beestje aan te passen, maakte de bacterie structuren met minuscule gouddeeltjes, de basis voor de sensor.  Lees verder

Hoe ‘programmeer’ je levende cellen?

Wilson Wong en zijn gereedschapskist voor genschakelingen

Wilson Wong

Hoe cellen zich gedragen heeft alles te maken met welke genen in welke mate actief zijn. Door aan de ‘knoppen’ te draaien die de genexpressie sturen kun je een cel (her)programmeren. Onderzoekers in de VS rond Wilson Wong zouden nu een vereenvoudigde methode gevonden hebben om met behulp van knip-en-plak-enzymen (recombinases) zoogdiercellen snel en efficiënt om te zetten in wat synbiologen ‘genschakelingen’ of ‘gencircuits’ noemen. De analogie met elektronica is niet toevallig. Lees verder

Zoogdiercellen gebruikt voor ‘DNA-computer’

DNA-recombinase

DNA-recombinases herkennen ‘hun’ stukje DNA, knippen dat er uit en hechten de ‘wond’ weer

DNA intrigeert, ook de computerbouwers zijn geïnteresseerd. DNA zou het perfecte materiaal zijn om langdurig veel gegevens op te slaan, maar met DNA zou ook te rekenen zijn. Nu schijnen onderzoekers zoogdiercellen genetisch te hebben aangepast met als doel het DNA complexe taken te laten uitvoeren. Let wel: die uiterst competente ‘DNA-computer’ is er nog niet. Hun ‘DNA-computer’ kan wel Booleaanse operaties uitvoeren, maar ze denken hun nieuwe programmeringstechnieken toch vooral te gebruiken voor de verbetering van behandelmethoden: van kankertherapieën tot het aanmaken van nieuwe weefsel. Lees verder

Genschakeling te gebruiken voor behandeling ziektes

Genschakeling waterstofperoxide.

Een genschakeling die reageert op twee concentraties waterstofperoxide (afb: Nature Communications)

Levende cellen zouden in staat zijn om berekeningen te maken op basis van signalen die ze uit de omgeving krijgen. Die berekeningen kunnen continu zijn, zoals de overgang in lichtschakeringen, of digitaal zoals de beslissing te sterven. Synbiosystemen zijn meestal of analoog/continu of digitaal, waardoor de mogelijkheden beperkt worden. Onderzoekers van het MIT in Cambridge (VS) hebben nu een techniek ontwikkeld om analoog en digitale berekeningen te koppelen door genschakelingen te vormen die in levende cellen in staat zijn tot verwerkingsoperaties. Die circuits kunnen het niveau van een analoge bron meten, bijvoorbeeld de concentratie van een bepaalde verbinding, zoals een medicijn, die van belang is voor een ziekte en ‘beslissen’ of die voldoende is voor het beoogde effect. Je zou het een verfijning van de gedoseerde medicijnafgifte kunnen noemen. Daarbij houden de mogelijke toepassingen echter niet op.
Lees verder

DNA programmeren met Cello

DNA programmeren als elektronische schakelingen

Uiteindelijk rolt er uit de computer een DNA-sequentie, die vervolgens gesynthetiseerd en in het DNA van een bacterie wordt ingebracht (afb: beeld Youtubefilmpje ibiology.org)

Het doel van synthetische biologie is synthetisch leven te ontwerpen. Waartoe is hier even niet van belang. Nu is dat vooral en kwestie van proberen (en van je missers leren. Het lijkt er op dat die ‘amateuristische’ aanpak wat zal worden gestroomlijnd. Onderzoekers van, onder meer, het MIT in Cambridge (VS) hebben het programma Cello ontwikkeld waarmee DNA zou zijn te programmeren, een beetje alsof je computerprogramma’s schrijft. “We hebben voor dezelfde aanpak gekozen als bij het ontwerpen van de chip”, zegt MIT-onderzoeker Chris Voigt. “Elke stap in het proces is hetzelfde, maar in plaats van met silicium werk je met DNA.” Lees verder

Met synthetisch gen en magneten gedrag veranderd

zebravisjes

Zebravisjes met dat synthetische gen dansten in een magnetisch veld

Je zou bijna zeggen: het spel is op de wagen, synthetische biologie gaat (veel) verder dan het wat genetisch bijschaven van micro-organismen. Onderzoekers van de universiteit van Virginia in de VS hebben muizen en vissen opgezadeld met een synthetisch gen, dat met behulp van (uitwendige) magneetvelden te manipuleren is. De onderzoekers hebben het dan over het behandelen van hersenziektes als Parkinson en schizofrenie, maar ik denk dan toch aan heel andere dingen: manipuleren van levende wezens met behulp van, in dit geval, magneetvelden. Het verhaal zou in Nature Neuroscience zijn verschenen, maar ik kan het daar niet vinden Lees verder

Genen op afstand sturen via radiogolven

Genen sturen via ferritine en ionkanaal

Een niet erg duidelijk plaatje van ferritine (blauw) dat via een eiwit (groen) is gekoppeld aan het ionkanaal (rood). (afb: Rockefeller-universiteit)

Genen op afstand besturen zonder draden, implantaten of chemicaliën, voor onderzoekers lijkt dat ideaal. Onderzoekers van, onder meer, de Amerikaanse Rockefeller-universiteit hebben met behulp van elektromagnetische golven en magneetvelden bij muizen de productie van insulineproducerende cellen ‘aangezet’. Daartoe koppelden ze een natuurlijk ijzerhoudend eiwit, ferritine, aan een ionkanaal dat door warmte wordt geactiveerd.
Lees verder

Modulaire genschakeling maakt complexe processen mogelijk

Genschakelingen

Tot vier geprogrammeerde transcriptiefactoren (de gekleurde viertallen) werken samen om de expressie van een gen te regelen. De ‘target’ is het te sturen gen. (afb: ACS Synthetic Biology)

Synthetische biologie is ook (deels) een verlengstuk voor scheikunde: gebruik die ingewikkelde scheikunde van het leven om op een soepele manier allerlei begeerde verbindingen te maken zoals biobrandstoffen of voor het opsporen en vernietigen van tumoren.  Onderzoekers van de Amerikaanse Rice-universiteit en de universiteit van Kansas hebben genetische circuits gemaakt, die door het uitwisselen van ‘bouwstenen’ complexe taken kunnen uitvoeren. Voor die ‘circuits’ is genetisch materiaal van verschillende bacteriën gebruikt. Deze nieuwe tak van wetenschap/technologie wordt wel biologica genoemd.
Lees verder

Biologische ‘radio’ gebouwd

Genetische schakelingen

Onafhankelijke genschakelingen binnen cellen die met elkaar verbonden zijn via signaalmoleculen (de ‘bedrading’) (foto: univ. van Californië)

Het klinkt allemaal een beetje eigenaardig. Onderzoekers van de universiteit van Californië San Diego zouden een genetisch circuit hebben geconstrueerd dat fungeert als FM-radio, met schakelaars, logische poorten en oscillatoren. De diepere gedachte is natuurlijk dat je genetische ‘schakelingen’ kan gebruiken om iets in levende systemen te bewerkstelligen dat (nog) ingewikkelder is dan het aan- of uitzetten van genen of het toevoegen of wegknippen van genen. Lees verder

Onderzoekers bouwen genetische ‘klok’ die op tijd loopt

Amerikaanse onderzoekers hebben in de bekende lab-bacterie Escherichia coli, beter bekend als E. coli, een genetische klok ingebouwd die zich niet in de war laat brengen door wisselende temperaturen. Genetische systemen zijn uiterst fijne raderwerken, die zich aanpassen aan de temperatuur, uur van de dag en nog vele andere factoren. Toch is een vaste biologische klok belangrijk voor het organisme, maar hoe bouwt de natuur dat met zijn temperatuurafhankelijke biochemie? De onderzoekers hebben nu, met de bouw van een temperatuurbestendige klok, laten zien hoe dat kan.
Lees verder