Nieuw: de bacteriebit die kan schakelen tussen 0 en 1

Een eerste stap op weg naar een DNA-computer is gezet. Amerikaanse biologen hebben een bacterie zo omgebouwd dat hij functioneert als een bit: een binaire 0 of 1. Dat maakten zij begin deze week bekend in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Het werk is gedaan door de groep van hoogleraar Drew Endy van Stanford University, pionier in de synthetische biologie. Volgens Endy kunnen met programmeerbaar DNA uiteindelijk snellere en kleinere computers gebouwd worden – een doel dat hij jaren geleden al formuleerde. Op dit moment onderzoekt zijn groep nog hoe bacteriën dergelijke nieuwe taken kunnen uitvoeren door ze genetisch te modificeren.

Endy verbouwde de labbacterie Escherichia coli zo dat hij groen licht geeft als hij in de 0-stand staat. In de 1-stand is het licht rood. Chemische stoffen laten de bacterie heen en weer schakelen tussen 0 en 1. Bij het schakelen draait een DNA-fragment fysiek achterstevoren.

De bacteriële bit heeft nog geen functie, maar er zou een genetische teller van gemaakt kunnen worden, schetst Endy in het artikel in PNAS. In het DNA van de bacterie (of van een andere cel) is dan af te lezen hoe vaak die zich gedeeld heeft of welke ontwikkeling die heeft doorgemaakt. Elke keer als de bacterie een eiwit produceert dat voor een ontwikkelingsstap kenmerkend is, verandert dan een DNA-bit van 0 naar 1 of omgekeerd. Met 8 van deze bits kunnen 28 = 256 gebeurtenissen in het DNA vastgelegd worden.

De genetische veranderingen die zijn groep aanbracht in E. coli zijn echter voor één enkele bit al zeer complex. Het ‘omkeer’-principe is geleend van een bepaald virus dat bacteriën infecteert. Het Stanford-team gebruikte verder reeds eerder ontworpen DNA-bouwstenen (zogenoemde ‘BioBricks’) die als gereedschap voor bepaalde taken kunnen dienen. Andere DNA-fragmenten werden op de computer ontworpen. Met een systeem van geleide evolutie verbeterde het team de bacterie verder. In PNAS beschrijft Endy dat een handvol ‘prototypen’ van de bacterie werd gemaakt die naar behoren functioneerden.

Een 8-bits systeem is niet simpelweg te bouwen door acht DNA-bits achter elkaar te zetten, tekent Endy aan. „Het vergroten van de datacapaciteit van [dit soort] levende opslagsystemen zal de grenzen van de synthetische biologie bepalen en op de proef stellen”, besluit hij.