Categorie archieven: Genschakelingen

Is genie genetisch vastgelegd?

Geplaatst op door
Beantwoorden

Je zou zeggen van wel: slimme ouders hebben door de bank slimme kinderen, althans kinderen die het in het schoolsysteem ver schoppen. Want wat is slim eigenlijk? Dat je een hoog IQ hebt, maar wat zegt dat weer? Eigenlijk niet zo heel veel, maar in onze maatschappij wordt een hoog IQ hoog aangeslagen.
In China woont een slim ventje, Bowen Zhao. De lastige programmeertaal perl had hij in een paar dagen onder de knie, waar anderen een jaar over doen. Ook andere hersenkrakers had de toen 17-jarige Zhao opgelost in een fractie van de tijd die een normaal mens daarvoor gebruikt. Om een lang verhaal kort te maken: Zhao houdt zich nu als 21-jarige bij het befaamde Chinese genetica-instituut BGI met een miljoenen dollars kostend onderzoeksprogramma bezig dat de genetische wortels van intelligentie  moet blootleggen. Tot op zekere hoogte kun je aan je slimheid (in de zin van het oplossen van voorgelegde vraagstukken) schaven, maar daar zitten duidelijke grenzen aan. Iemand die problemen op de basisschool heeft met rekenen zal niet zo gauw hoogleraar wiskunde worden.

Bowen Zhao in de lift van BGI in Peking (foto Wired)

Bowen Zhao in de lift van BGI in Peking (foto Wired)

Of we het nu leuk vinden of niet, er zal een dag komen waarop een ouderpaar, enthousiast gemaakt door de jongste ontwikkelingen op het gebied van synthetische biologie, een kind wil krijgen dat niet alleen slim is, maar ook atletisch en, als het even kan, mooi (wat dat dan ook moge zijn). De maakbare mens of misschien wel de Mens-2.0 is in aantocht.
Er is nu al aardig wat maakbaar, maar de mogelijkheden daartoe zullen in de nabije (?) toekomst steeds verder toenemen. We zeuren nu over doping in de atletiek of bij het wielrennen, maar wat gaan we doen als we door genetische manipulatie superatleten maken die makkelijk 12 m ver springen of 3,5 m hoog? Krijgen we dan een aparte olympiade voor ‘normale’ (ongemanipuleerde) mensen? En we hebben meer voor het kiezen: lengte, fysiek, geestelijke gezondheid én slimheid.
De opzet van het oderzoek van Zhao is simpel: neem het DNA van een paar duizend intelligente mensen en vergelijk dat met dat van ‘normale’ mensen en zie, daar liggen de erfelijke wortels van intelligentie. Slimheid testen we met behulp van de IQ-test. Helaas was er geen Chinese IQ-test. Het ging helemaal fout toen leerlingen van de Chinese eliteuniversiteit Remnin de studenten een Engelstalige test lieten doen. Dat liep op een kleine ramp uit. De relatie met Remnin werd op sterk water gezet.
De zon begon weer voor hem te schijnen toen Zhao eind 2010 in contact kwam met Steve Hsu, een hoogleraar natuurkunde van de staatsuniversiteit van Oregon die een sabbatsjaar op Taiwan doorbracht. Hsu raakte geïnteresseerd door een artikel in een nieuwsbrief van het BGI over het project en is sedertdien raadgever en medewerker van Zhao.
Er is natuurlijk al langer gezocht naar de erfelijke wortels van intelligentie. Die is nooit gevonden. Volgens Hsu komt dat doordat intelligentie niet is verbonden met één gen of een paar genen maar met iets als 10 000 verschillende locaties op het DNA. Elke mens heeft er een paar honderd van de mogelijke 10 000 mutaties, elk met een negatief effect op het IQ. Intelligentie als een aftreksom. Iets soortgelijks schijnt zich ook voor te doen bij lichaamslengte. In grote lijnen wordt de theorie van Hsu door genetici aanvaardbaar geacht.

Om die 10 000 mogelijke DNA-varianten aan te kunnen wijzen is er een associatie-onderoek van het hele genoom nodig: vind de varianten die geassocieerd zijn met de eigenschap (intelligentie, in dit geval). Voor zo’n onderzoek heb je echter veel meer dan een paar duizend genomen nodig. Een recent Nederlands onderzoek naar drie varianten die bepalend zijn voor leerprestaties, een indicator voor het IQ, vergde onderzoek onder 125 000 genomen. Voor het onderzoek van Zhao en Hsu zijn wel 1 miljoen of meer genomen nodig. Dat hoeven niet allemaal heel slimme mensen te zijn, want je kunt ook de ‘misdrukken’ nemen in het genoom die de intelligentie drukken en die komen bij ‘normale’ mensen meer voor dan bij ‘slimme’. Vóór al die genomen zijn afgelezen en de conclusies zijn getrokken zijn we wel een jaar of vijf verder.
Als Zhao en Hsu slagen in hun opzet dan kunnen we, bij reageerbuisbevruchting, voor een pijnlijke keus komen te staan: kiezen we voor het embryo met de beste hersens? Hsu ziet dat niet als Faustiaanse nachtmerrie maar als een zegen voor de mensheid. Je kunt die intelligentie dan via genmanipulatie zelfs nog eens een handje helpen. Hij verwacht dat een land als Singapore de eerste zal zijn die deze techniek zal omarmen.
Komt het zo ver? Heeft Hsu het bij het rechte eind? Misschien is de wisselwerking tussen genen veel ingewikkelder dan we nu (denken te) weten. Zhao is echter overtuigd: “Menselijke intelligentie is vastgelegd in de genen en iemand zal er ooit achter komen hoe.”

Bron: Wired

Geen aapje maar een worm met een nieuw hoofd

Geplaatst op door
Beantwoorden

Het is weer eens wat anders dan dat aapje dat een nieuw hoofd krijgt, een worm met een nieuwe kop. Sommige platwormen zijn meesters in de regeneratie. Daarbij (b)lijken ze ook hun geheugen te kunnen regenereren.  Mensen zijn daar jaloers op en willen weten hoe die beestjes dat flikken. Jochen Rink van het Max Planck-instituut van moleculaire celbiologie en genetica hebben geprobeerd dat te achterhalen. Niet alle platwormen hebben hetzelfde regeneratietalent. De onderzoekers ontdekten een gennetwerk, verantwoordelijk voor het weer aangroeien van de kop, dat alle platwormen gemeenschappelijk hebben, maar de verschillende soorten hebben verschillende niveaus van de expressie van sommige genen. Door te spelen met de expressie van een enkel gen in dat netwerk (beta-catenin) in minder getalenteerde platwormen, bleek ook die soort een nieuwe kop te kunnen krijgen. Dat smaakt naar meer, maar het is de grote vraag of met wat gefiedel aan een enkel gen ook mensen in staat zijn tot zulke fenomenale regeneratieprestaties.

Bron: New Scientist</em>

Rekenen op leven

Geplaatst op door
Beantwoorden
Een levende EN-poort (foto univ. staat N-Carolina)

Een levende EN-poort (foto univ. staat N-Carolina)

Chemicus Alex Deiters van de universiteit van Noord-Carolina heeft van een levende cel een logische EN-poort gemaakt. Dit soort ‘poorten’ worden in de elektronica gebruikt om berekeningen uit te voeren. De cel was zo gemodificeerd dat ie op de aanwezigheid van bepaalde microRNA-moleculen (aangeduid met miRNA-21 en mi RNA-122) reageerde. Net zoals bij een ‘echte’ EN-poort, gaf de cel alleen een signaal (in de vorm van fluorescentie) als zowel miRNA-21 als miRNA-122 (EN dus) aanwezig waren.
De EN-poort was niet zo zeer gemaakt om de realisering van een DNA-computer verder te brengen, maar meer gericht op medische toepassingen. Deiters denkt dat deze techniek gebruikt kan worden voor het verbeteren van de diagnostisering en behandeling van kanker. “Het fluorescerende molecuul dat we gebruikten kan ook als merker dienen om kankercellen te detecteren of we kunnen daar ter plekke geneesmiddelen naar toe sturen.” Het onderzoek werd mede betaald door het Amerikaanse kankerinstituut.

Bron: Science Daily

Rekenen met DNA? Ik weet het niet.

Geplaatst op door
Beantwoorden

Een groep onderzoekers aan de Stanford-universiteit rond Jerome Bonnet in Californië, met medewerking van de bekende synbioloog Drew Endy, heeft in Science beschreven hoe je met stukjes DNA in een bacterie logische schakelingen kunt maken. Dan gaat het om, zou je kunnen zeggen, de biologische variant van de zogeheten Booleaanse logica: de EN-, OF-, NEN-poorten enzovoorts. Meteen wordt er dan druk gespeculeerd over de ontwikkeling van de biologische computer, maar het ligt veel meer voor de hand dat deze schakelingen voor andere zaken zullen worden gebruikt, zoals voor diagnose (bijvoorbeeld bij kanker) of voor het induceren van bepaalde reacties (en dus maken van ‘producten’).
De onderzoekers noemen hun ‘biotransistors’ transcriptors en hun biologica BIL (Booleaanse integrase-logica; waarbij integrase een enzym is dat in de experimenten als ‘regelaar’ werd gebruikt). In de elektronica regelt een transistor de elektronenstroom, in de biologica doet de transcriptor dat met de ‘stroom’ (=werking) van een bepaald enzym; in de proefneming was dat RNA-polymerase, een enzym dat een rol speelt bij de transcriptie van DNA. Bonnet c.s. gebruikten een ander enzym (integrase dus) om de activiteit van RNA-polymerase langs de DNA-streng te reguleren (aan, uit te zetten). In de proefnemingen betekende dat er dan al of niet een groen fluorescerend eiwit (GFP) werd geproduceerd, een duidelijk zichtbare signaalstof die vaker wordt gebruikt om effecten van genactiviteit te controleren. Drew Endy vertelt zelf op YouTube hoe die biologica in elkaar steekt, maar daarmee wordt niet echt duidelijk hoe de onderzoekers te werk zijn gegaan.
Een genetische EN-poort
Op npr.org legt Geoff Brumfiel het, voor leken, wat beter uit. Het komt er op neer dat in een DNA-streng de transcriptor wordt ingebouwd. Als die transcriptor ‘dicht’ is, dan kan RNA-polymerase niet zijn transcriptiewerk doen, staat de transcriptor ‘open’, dan gebeurt dat wel en wordt er, dus, GFP geproduceerd. Door nu twee transcriptors achter elkaar te zetten, kan je, bijvoorbeeld, een EN-poort maken, waarbij elk van de transcriptors door een bepaalde stof wordt geregeld (de transcriptor wordt door de integrases losgeknipt en omgedraaid).
Bron: Cees Dekker

Celcircuits met geheugen

Geplaatst op door
Beantwoorden

DNA-schakeling met geheugen
Ingenieurs van het MIT in Boston, onder aanvoering van Timothy Lu, hebben ‘genetische circuits’ in bacteriecellen aangebracht die niet alleen rekenfuncties uitvoeren, maar ook het resultaat onthouden door dat ‘op te slaan’ in het cel-DNA. Met die genetische schakelingen kunnen allerlei celprocessen worden aangestuurd zoals de aanmaak van bepaalde stoffen of de differentiering van stamcellen tot een bepaald type cellen. Ook kunnen de schakelingen worden gebruikt als sensor.
Synthetisch biologen zijn in staat om uitgaande van genetische ‘bouwstenen’ schakelingen te componeren die een bepaalde functie uitvoeren, zoals het meten van een bepaalde verbinding, waarna het circuit een vervolgactie in gang brengt zoals de productie van het groen fluorescerende eiwit GFP. Dat bouwen van een genetische schakeling heeft wel wat weg van dat van een elektronische schakeling. Genetische circuits kunnen echter ook zogeheten Booleaanse functies uitvoeren zoals die in de elektronica gebruikelijk zijn. Als er, bijvoorbeeld, twee verschillende verbindingen tegelijk aanwezig moeten zijn alvorens er een vervolgactie wordt geïnitieerd, dan zou je een EN-functie moeten bouwen. Zulke genschakelingen zijn niet nieuw.
Bij de circuits die tot nu toe zijn ‘gebouwd’ stopt het proces als, in het voorbeeld, een van beide stoffen niet meer aanwezig is. Lu en zijn medewerkers bouwden een schakeling met een geheugenfunctie in de ‘logische poort’ (zeg maar de OF- of EN-poort). Bij een genetische EN-poort kunnen twee verbindingen er voor zorgen dat bepaalde eiwitten worden geactiveerd die een bepaald gen aanschakelen. Lu maakte zijn schakelingen zo dat bij aanwezigheid van de twee stoffen dat deel van het DNA wordt veranderd dat verantwoordelijk is voor de productie van GFP. Deze delen van het DNA, de zogeheten promotors, activeren bepaalde eiwitten tot de transcriptie van het GFP-gen op RNA, die er op zijn beurt weer voor zorgt dat het ook geproduceerd wordt.
In het artikel in Nature Biology, waarin het proces wordt beschreven, geven Lu en co-auteurs het voorbeeld van twee zogeheten terminators tussen de promotor en het GFP-gen. Elk van de twee remt de transcriptie van het gen, maar ze kunnen door een bepaald enzym (een recombinase) worden ‘afgeschakeld’. Als de twee bewuste verbindingen aanwezig zijn, en de EN-poort dus ‘open’ staat, dan wordt het ‘schakelenzym’ aangemaakt, waarna vervolgens, met tussenkomst van RNA, in het ribosoom het GFP-eiwit wordt gesynthetiseerd. Als een van beide ontbreekt, dan is het GFP-gen geblokkeerd. Als de terminators eenmaal zijn uitgeschakeld, dan kunnen ze niet weer worden ingeschakeld. Dat is nu dus het ‘geheugen’ van de genetische schakeling. Dat in het DNA vastgelegde ‘geheugen’ is overerfbaar.
Die, geïnduceerde, DNA-functie blijkt redelijk stabiel. Ten minste na 90 celdelingen (‘generaties’) bleek de functie nog aanwezig. Op deze wijze is op vrij eenvoudige wijze elke functie in gang te zetten, zegt Lu in Science Daily. Dit mechanisme zou zijn diensten kunnen bewijzen bij de productie van biobrandstoffen of medicijnen door bacteriën of bij het meten van in het milieugevaarlijke verbindingen.

Bron: Science Daily