Wetenschappers hebben een programma ontwikkeld waarmee je DNA-circuits kunt ontwerpen op basis van een simpele taal. Op die manier dat kun je net zo makkelijk levende cellen programmeren als je computer.
Het programma is gebaseerd op Verilog, een programmeertaal waarmee chipontwikkelaars elektronische circuits ontwerpen. ‘We ontwerpen cellen op een zelfde manier als elektronische chips’, zegt Chris Voigt van het Massachusetts Institute of Technology. ‘Het enige verschil is dat we de circuits nu niet aanbrengen op een plastic plaatje, maar op DNA.’
Met behulp van synthetische biologie kunnen cellen al tot manipuleerbare en programmeerbare machines worden gemaakt. Door het DNA van bacteriën te bewerken, kunnen we bacteriën specifieke taken laten uitvoeren, zoals het produceren van medicijnen of het veranderen van kleur in nabijheid van een virus in het bloed. Op dit moment gebruiken wetenschappers nog kant-en-klare DNA-fragmenten die in het bacteriële DNA geplakt kunnen worden. Dat maakt wetenschappers tot ware genetisch ingenieurs, al blijft al dat gemanipuleer een hele klus.
We zijn niet verslaafd aan onze telefoons en hebben geen ‘digitale detox’ nodig
Onszelf beschrijven als verslaafd aan onze telefoon werkt contraproductief, betoogt psycholoog Pete Etchells.
Vandaar het idee om Verilog te gebruiken bij het maken van het DNA-circuits. Verilog is een taal waarmee je elektronische circuits met bepaalde functies kan ontwerpen, zonder op de onderliggende hardware te letten. Het team van Voigt paste datzelfde principe toe voor het maken van DNA.
Hun systeem, Cello genaamd, neemt een ontwerp in Verilog als basis en maakt daar een DNA-schakelschema van. Dat schakelschema wordt in een machine gestopt die dan een DNA-streng produceert met een specifieke functie. Vervolgens kan het DNA kan in een bacterie worden gebracht.
Voigt en collega’s ontwikkelden en testten 60 schakelschema’s. 45 daarvan werkten perfect in een eerste test. Eén daarvan is het grootste biologische circuit ooit geproduceerd, met zeven logische poorten en DNA-strengen van wel 12.000 basen lang.
‘Dankzij Cello kunnen synthetisch biologen zich weer concentreren op het resultaat van de genetische manipulatie, in plaats van op die manipulatie zelf’, zegt Matthew Bennett van de Rice University in Houston, Texas. ‘Bovendien maakt het programma het voor mensen zonder expertise in de biologie makkelijker om biologisch onderzoek te doen.’
Yoghurt
Voigt gelooft dat synthetische biologie eindelijk zal worden toegepast, nu het programmeren van cellen zo makkelijk wordt. ‘We zijn op een punt beland waarop we bacteriën kunnen gaan gebruiken als medicijnfabriek. Zo zouden we bacteriën kunnen maken die substanties produceren om een gezonde darmflora te bevorderen en die we kunnen eten in de vorm van yoghurt.’
Voigt en collega’s werken op dit moment aan bacteriën die op plantenwortels leven. Ze proberen die bacteriën genen te geven waarmee ze stikstof kunnen opnemen uit de lucht en omzetten tot mest.
Om ook anderen van het programma gebruik te laten maken bij het ontwerpen van hun eigen bacteriën, heeft het team het programma gratis beschikbaar gemaakt op het internet. Oliemaatschappijen zouden slimme bacteriën bijvoorbeeld kunnen gebruiken bij het opruimen van olierampen. ‘Je zou de beestjes een genetische sensor kunnen geven om olie te detecteren en vervolgens af te breken,’ zegt Voigt.
Gemeengoed
Ook Christina Agapakis van Ginkgo BioWorks gelooft dat juist bedrijven buiten de biologie van het programma zullen profiteren. ‘Het sleutelen aan organismen wordt nu goedkoper, makkelijker en betrouwbaarder. Dat levert kansen en toepassingen op voor alle industrieën.’
Voor Drew Endy van de universiteit van Stanford vormt het werk nóg een bewijs voor het gemeengoed worden van synthetische biologie. ‘Ik verwacht dat programmeurs in de biologie gewoner zullen worden dan computerprogrammeurs,’ zegt hij. ‘Niet iedereen heeft een telefoon of computer, maar biologie, dat heeft iedereen.’
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.