De ingang van een NOR-poort bestaat uit twee ingangen (links) en een uitgang. De Cas9-eiwitten zijn blauw gekleurd.(afb: Nature)

Elke cel is een wonder van complexiteit waar van alles gestuurd en geregeld moet worden en die cel moet ook nog eens reageren op wat er in de buitenwereld gebeurt. In de lange jaren  van de evolutie is er in de cel een hoogwaardige vorm van informatieverwerking ontstaan. Onderzoekers van de universiteit van Washington willen die informatieverwerking echter nog verbeteren, zodat die adequater op ziekteverwekkers reageren, biobrandstof produceren of wat dan ook. De evolutie gaat ze te langzaam. Ze bouwden alvast een circuit van niet-of-poorten (NOF of NOR) in een cel.

Hun NOF-poorten zou alle kenmerken vertonen van een normale elektronische poort. Zo’n poort ontvangt twee signalen, die alleen worden doorgegeven als ze allebei negatief zijn. Je kunt met die poorten in een circuit op allerlei manieren informatie verwerken. Ze installeerden hun synthetische genen in een cel en maakten bij het functioneren van die poorten gebruikt van de CRISPR/Cas9-methode.  De circuits van die poorten die ze in een cel inbouwden zouden de grootste zijn die in eukaryotsche cellen (cellen met kern zoals de onze) zouden zijn gerealiseerd.
“Natuurlijk zullen die circuits in cellen niet de snelheid en nauwkeurigheid van elektronische computers evenaren, maar genetische programmatuur kan direct wisselwerken met de omgeving van de cel”, zegt elektrotechnisch onderzoeker Eric Klavins. “Zo zouden geherprogrammeerde cellen in een patiënt gerichte, therapeutische beslissingen kunnen nemen in de weefsels die er toe doen. Dat scheelt een hoop in de diagnostisering en de behandeling.”

DNA

Elke poort bestaat uit een gen met drie ‘programmeerbare’ stukjes DNA, waarvan de twee de ingang van de poort vormen en de derde de uitgang. De onderzoekers gebruikten CRISPR/Cas9 als een soort poortwachter op dat DNA, om te bepalen of die actief is of niet. Als de poort negatief is dan komt er een signaal dat er voor zorgt dat Cas9 een andere poort in het circuit deactiveert. Op die manier kunnen je zo’n circuit allerlei karweitjes laten doen.

Volgens de onderzoekers is hun werk anders dan eerdere studies vanwege de schaal en complexiteit van de gemaakte circuits. Ze slaagden er in tot zeven NOF-poorten in een circuit te laten werken, zowel in serie als parallel. Op deze schaal kunnen circuits al heel wat teweegbrengen door informatie van verschillende sensoren op te nemen en te berekenen of er actie ondernomen moet worden.
Wat de toepassingen betreft gaan de gedachten van de onderzoekers uit naar afweercellen die reageren op kankeraanwijzingen of biosensoren die ziektes herkennen in weefsel.

Bron: EurekAlert