Wetenschappers in de VS hebben een menselijke cel zo aangepast dat hij werkt als een logische schakeling. De cel onderneemt daarbij een bepaalde actie wanneer hij wordt blootgesteld aan een bepaalde stof. Het nieuw ontwikkelde principe kan op termijn leiden tot een effectievere bestrijding van kanker en het verbeteren van bacteriefabriekjes.

Een cel zou je kunnen beschouwen als een kleine computer. Het ‘algoritme’ waar deze computer op draait, is het DNA. Daarin staat precies beschreven wat de cel doet (of eigenlijk wat alle verschillende cellen in je lichaam kunnen doen). Wetenschappers proberen de cel al jarenlang te hacken, door het algoritme een beetje te veranderen. Dankzij nieuwe technieken voor DNA-bewerking (lees: ‘Techniek voor genbewerking breekt door’) slagen ze daar steeds beter in.

Het nieuwste sterke staaltje komt van wetenschappers in de VS. Onder leiding van universitair docent Wilson Wong van Boston University hebben ze menselijke cellen zodanig aangepast dat ze daarmee 109 verschillende logische instructies kunnen maken, zo schrijven ze in Nature Biotechnology. Een voorbeeld daarvan is een NOT-schakeling: "doe (niet X) als (Y)". Oftewel: voer een handeling niet uit zolang je een bepaalde prikkel ontvangt. Dit demonstreerden ze door cellen te maken die geen licht uitstralen onder invloed van een bepaalde prikkel. Is die prikkel er niet, dan geven ze wel licht.
 

Eiwitten maken

Om te begrijpen hoe dit werkt is het belangrijk om te weten hoe een cel eiwitten maakt, de stoffen die de basis vormen voor zo’n beetje alle processen in ons lichaam. Dat begint bij het DNA, een lange streng genetische code in elke cel, vastgelegd in een zeer lange reeks basenparen (de bekend A, C, G en T). Op het DNA liggen 30.000 genen, korte stukjes code die elk moeten zorgen voor een bepaald eiwit. Dat doen ze door eerst een afdrukje te maken van het gen in RNA, een los zwevend stukje met maar enkele tientallen basen achter elkaar (het heeft iets weg van DNA, maar is vele malen korter). Dat RNA, ten slotte, fungeert als een sjabloon voor het produceren van een specifiek eiwit.
 

Husselen

Voorbeelden van logische schakelingen
(niet gerelateerd aan dit onderzoek).

De onderzoekers gebruikten nu een speciaal soort eiwit: DNA-recombinasen. Dat zijn eiwitten die op de lange DNA-strengen een bepaald stukje kunnen herkennen, het door elkaar husselen of zelfs wegsnijden. De onderzoekers hebben een manier gevonden om elementen in DNA in te bouwen, waardoor ze deze DNA-recombinasen aan kunnen zetten. Afhankelijk van de staat van het DNA-recombinase (aan of uit) produceert een cel een bepaald eiwit. Met dit principe zijn verschillende logische schakelingen te bouwen, onder meer door verschillende verschillende DNA-recombinasen op zoek te laten gaan naar verschillende instructies op het DNA.
 

Kanker

Dit klinkt nog erg abstract, maar wordt concreter als je denkt aan de nieuwste therapieën voor kanker. Daarbij gebruiken onderzoekers de eigen immuuncellen van het lichaam van de patiënt om kankercellen aan te vallen (lees: ‘Behandeling kanker met genbewerking via CRISPR’). Stel dat die immuuncellen een logische poort hebben, die ervoor zorgt dat ze alleen in actie komen als ze een bepaald eiwit detecteren dat hoort bij de kankercel. Dan valt zo’n immuuncel nooit meer gezonde cellen aan (een risico van de methode) en komt hij alleen in actie bij kwaadaardige kankercellen.
 

Bacteriefabriekjes

Anderen denken dat de logische schakelingen in cellen kunnen helpen bij bacteriën die werken als fabriekjes voor nuttige chemische stoffen (lees: 'Beloning verhoogt productie bacteriën'. Vaak wordt de kwaliteit van het product minder nadat een bacterie zich een aantal maal heeft gedeeld. Nu wordt het mogelijk dat de bacterie zich zelf op dat moment vernietigt; net op tijd voordat hij een minder goed product zou gaan uitpoepen.


Meer details over dit ingewikkelde onderzoek zijn te lezen bij Science en Wired.


Openingsbeeld: impressie van een cel die werkt als een logische schakeling. Bron Ramiz Daniel et al./MIT

Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.