Zoals je computerchips ontwerpt, kun je ook genetische circuits in elkaar zetten. De programmeertaal blijft ongeveer hetzelfde, blijkt uit een publicatie in Science.

Volgens MIT-promovendus Alec Nielsen en zijn begeleider Christopher Voigt hoef je zo geen verstand meer te hebben van genetica om een bacterie te ‘herprogrammeren’ voor het verrichten van een bepaalde taak. Je hoeft alleen maar het programma te schrijven, waarna een compiler er automatisch ‘machinecode’ van maakt in de vorm van DNA-sequenties. Die kun je vervolgens synthetiseren om ze als plasmides in je bacterie te zetten. Waarna je programma vanzelf wordt uitgevoerd, als het goed is.

Die sequenties worden opgebouwd uit vooraf ontworpen bouwstenen. Nielsen ontwierp onder meer 14 verschillende Booleaanse ‘gates’ die elk een uitgangssignaal genereren op basis van twee ingangssignalen. De grootste uitdaging daarbij was te zorgen dat deze gates elkaars biochemie niet verstoren wanneer ze samen in één bacterie zitten.

De gates worden aangestuurd door ‘sensoren’: combinaties van genen die reageren op externe prikkels, bijvoorbeeld glucose, zuurstof of pH-verschillen. De signaaloverdracht verloopt via boodschapper-RNA, dat als uitgangssignaal wordt aangemaakt en een promotorsequentie in de volgende bouwsteen activeert.

De programmeeromgeving heeft de naam ‘Cello’ meegekregen, een afkorting voor cellular logic. Hij is direct afgeleid van Verilog, een programmeertaal die veel wordt gebruikt voor computerchip-ontwerp. De huidige versie is geoptimaliseerd voor E.coli, maar aan varianten voor andere bacteriën wordt gewerkt.

Nielsen en collega’s hebben zo al enkele tientallen ‘schakelingen’ gebouwd, waarvan ongeveer driekwart bij de erste poging al correct werkte. De ingewikkeldste telde zeven logsche gates, waarvoor ongeveer 12.000 basenparen nodig waren.

bron: MIT