Logische eiwitpoorten zou het ‘besturen’ van cellen makkelijker maken (afb: UW)
Er wordt al een tijd gewerkt aan de mogelijkheden om dat prachtige DNA-systeem in te zetten voor de verwerking en opslag van informatie, aan computers dus. Aan de andere kant worden worden er ook computerachtige constructies bedacht om levende cellen te kunnen sturen. Onderzoekers van de universiteit van de staat Washington hebben nu ‘slimme’ eiwitten ontworpen om logische EN-poorten te maken in menselijke cellen.
In feite worden dezelfde basiselementen die in de elektronica gebruikt worden ook toegepast in levende systemen. De uitkomsten van die ontwikkeling zouden iets kunnen betekenen voor medische toepassingen, maar ook voor de ontwikkeling van synthetische biologie, waarbij de mens het leven naa zijn hand zet. Met logische poorten kun je biologische systemen naar je hand zetten.
De onderzoekers lieten zien dat ze met hun (kunstmatige) eiwitten in staat zijn de genexpressie van afweercellen (T-cellen) kunnen veranderen. De genexpressie geeft aan welke genen wel en welke niet actief zijn in een cel. “Biotechnologen hebben eerder logische poorten gemaakt van DNA, RNA of veranderde natuurlijke eiwitten”, zegt David Baker, directeur van het instituut voor eiwitontwerp. “Die zijn verre van ideaal. Onze logische poorten van synthetische eiwitten zijn modulair, veelzijdig en kunnen worden gebruikt voor een waaier aan biomedische toepassingen.”
Of ze nou elektronisch of biologisch zijn, logische poorten reageren op een vastgestelde manier op bepaalde signalen. Een van de eenvoudigste is een EN-poort. Dat reageert op een bepaalde manier als ‘voorwerp’ 1 EN ‘voorwerp 2’ aanwezig zijn. Die ‘voorwerpen’ kunnen dan van alles zijn moleculen, signalen, concentraties enz.
Met de juiste poorten in levende cellen kun je, bijvoorbeeld, de aanwezigheid van twee verschillende verbindingen detecteren of de een en NIET de ander, waarna als dat wordt aangetroffen de actie volgt “De hele Apollo 11-besturing bestond uit elektronische NOF-poorten (NIET OF; as)”, zegt medeonderzoeker Zibo Chen. “Wij slaagden er in in NOF-poorten van eiwitten te maken. Die zijn niet zo ingewikkeld als de begeleidingscomputers van de NASA maar even zo goed een belangrijke stap naar het programmeren van biologische systemen.”
Problemen
Immuuntherapie waarbij afweercellen via genetische ingrepen weer strijdbaar worden gemaakt tegen kanker zijn beloftevol. Toch levert die aanpak nogal wat problemen op zoals de zogeheten CAR-T-therapie heeft aangetoond. Volgens de onderzoekers heeft dat deels te maken met ‘uitputting’ van T-cellen.
Genetisch veranderde T-cellen hebben niet het eeuwige leven. Na een tijdje hebben die koene strijders het loodje gelegd. De onderzoekers denken dat daar een mouw aan is te passen met logische eiwitpoorten die reageren op uitputtingssignalen. Dat zou een manier kunnen zijn om de CAR-T-cellen langer aan het werk te houden. Chen: “Langer levende T-cellen die beter geprogrammeerd zijn voor elke patiënt zou een effectievere op de persoon gerichte aanpak inhouden.”
Bron: EurekAlert