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.”
Al tientallen jaren wordt er aan het DNA van, vooral, micro-organismen en planten geknutseld om iets te bewerkstelligen, maar het uiteindelijke doel is een levend systeem te ontwerpen dat precies doet wat je wil, zoals het produceren van medicijnen. Zoals gezegd is dat wel mogelijk, maar daar komt toch een hoop ‘geknoei’ bij kijken en meestal blijven onderzoekers veiligheidshalve dicht in de buurt van het genetische origineel.
Dan komt Verilog op de proppen. Verilog is een ‘machinetaal’ die gebruikt wordt voor het specificeren van een elektronische schakeling in een soort steno, zonder je druk te hoeven maken over de onderliggende ijzerwaar. Die beschreven functie wordt dan automatisch omgezet in een nauwkeurig ontwerp. Voigts en zijn medeonderzoekers realiseerden zich dat je met DNA-‘schakelingen’ hetzelfde kunt doen. Hun systeem, Cello gedoopt, ontwerpt de gewenste DNA-‘bedrading’. Dat ontwerp is de toevoer voor een machine die de gewenste stukken DNA produceert. Dat stukje DNA kan dan ingebracht worden in een micro-organisme in de hoop en verwachting dat dat daarmee de gewenste taak uitvoert.

DNA-schakelingen

De onderzoekers hebben zo’n 60 DNA-‘schakelingen’ ontworpen en gemaakt en 45 daarvan werkten meteen de eerste keer naar behoren. Een daarvan was de grootste biologische ‘schakeling’ ooit gesynthetiseerd, met zeven logische poorten en strengen DNA met een lengte van 1200 nucleotiden (bouwstenen van DNA). “Cello maakt het synthetisch biologen mogelijk zich meer te concentreren op wat ze die organismen willen laten doen en minder op hoe je ze zover kunt krijgen”, zegt medeonderzoeker Matthew Bennett van de Rice-iniversiteit in Houston (VS). “Dat verlaagt ook de drempel voor onderzoekers zonder expertise in de biologie.”
Met de mogelijkheid DNA te ‘programmeren’ zullen vele toepassingsmogelijkheden waar tot nu toe alleen maar over is gefilosofeerd volgens Voigt ‘om de hoek’ liggen. “We staan op het punt cellen te maken die fungeren als medicijnfabrieken”, zegt de MIT-onderzoeker. Op het ogenblik werken de onderzoekers met bacteriën die op plantenwortels leven. Ze proberen die zo om te bouwen dat ze zuurstof uit de lucht omzetten in kunstmest.

Cello is gratis beschikbaar, (YouTube-film van 30 minuten, ik kan vinden waar je Cello kunt ‘benaderen’) opdat ook andere onderzoekers er gebruik van kunnen maken, juist die mensen die geen speciale kennis van de biologie hebben. Als het knutselen aan DNA makkelijker en voorspelbaarder wordt, dan zullen er meer toepassingen worden ontwikkeld, is de gedachte. De bekende synthetisch bioloog Drew Endy van de Amerikaanse Stanforduniversiteit ziet de ontwikkeling als een stap naar het gewoner worden van synthetische biologie. “Ik verwacht dat biologische programmeerders net zo gewoon worden als elektronische programmeurs nu.”

Bron: New Scientist

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.