Je leest:

Computeren met RNA

Computeren met RNA

Auteur: | 22 oktober 2008

Amerikaanse onderzoekers bouwden een computer op basis van RNA, het enkelstrengs broertje van DNA, die simpele logische functies kan uitvoeren in een gistcel. Door meerdere biologische signalen tegelijk te verwerken krijgt het systeem logische poorten en kan het AND, OR, NAND en NOR functies uitvoeren. Dit systeem opent deuren naar nieuwe soorten kankerdetectie en medicijnafgifte in het lichaam.

De biologische computer staat al een tijd hoog op het verlanglijstje van zowel biologen als technici. Biologen hopen op een apparaat dat in levende cellen zit en ziektes in de kiem kan smoren, terwijl technici een opvolger zoeken voor de siliciumchip. Dat een biologische computer mogelijk is werd in 2003 al duidelijk: toen haalde Ehud Shapiro het Guinness Book of Records met de kleinste computer ooit gemaakt. Deze had een volume van 160 ml, was gebaseerd op DNA en versloeg mensen met een spelletje boter, kaas en eieren.

Nu hebben Amerikaanse wetenschappers van het California Institute of Technology (CalTech) een nieuwe versie gebouwd op basis van RNA, de enkelstrengs variant van DNA. De computer bestaat uit drie onderdelen: een sensor die signalen van de cel of de omgeving opvangt, een actuator die reageert op de signalen door een gen tot expressie te brengen, en een zender die de sensor en de actuator met elkaar verbindt. Allemaal gebouwd met niets anders dan RNA.

Deze drie stukken RNA vormen samen een biologische computer. Het bruine deel is de sensor die signalen opvangt uit de cel en de omgeving. Het paarse deel is de actuator die een gen expressie brengt. Daartussenin zit een zender die de sensor en de actuator aan elkaar bindt. Samen vormen ze een logische poort (hier: AND en NOR).

Simpele stukjes RNA

De RNA computer heeft volgens de ontwerpers ongekende mogelijkheden, vooral omdat het systeem op een haast oneindige hoeveelheid verschillende signalen kan reageren. “We kunnen reusachtige bibliotheken maken met sensorinformatie. Deze bestaan enkel uit de volgordes van de RNA nucleotiden,” vertelt Christina Smolke van CalTech. “Als iemand dan een specifieke sensor nodig heeft, bijvoorbeeld om virus op te sporen, kan je die meteen opvragen.”

Een ander voordeel van de RNA computer is dat het elke functie kan uitvoeren die de arts of wetenschapper wil. Dit is mogelijk dankzij de imitatie van logische poorten. Door AND, OR, NAND en NOR functies uit te voeren kunnen de wetenschappers de genexpressie reguleren bij welhaast elk type signaal.

Twee RNA computers kunnen samen combineren tot een AND of een NOR poort. In dit geval vindt er alleen genexpressie plaats als allebei de sensors zijn geactiveerd, of geen van beide.

Door twee sensoren op één actuator te zetten ontstaat er een NAND of een OR poort. Hier wordt het gen altijd tot expressie gebracht, tenzij allebei de sensors worden geactiveerd, of geen van beide.

Rekenen met RNA

De ontwerpers kwamen tot de computer door drie relatief simpele stukjes RNA met elkaar te verbinden. De sensor bestaat uit een RNA aptameer, dat is een kort stukje RNA van twintig of minder basen dat specifiek aan een molecuul bindt. Deze voorkeur voor één enkel molecuul maakt het zo geschikt als sensor. De actuator is een ribozym, oftewel RNA met enzymatische activiteit. Enzymen versnellen biologische reacties, in dit geval de expressie van een gen. Daartussenin zit de zender, een stukje RNA dat de sequenties van het aptameer en het ribozym met elkaar verbindt.

Gentherapie

De onderzoekers zien een grote toekomst voor de RNA computer in het menselijk lichaam. Zo zijn ze bezig om de computer in menselijke T-cellen te bouwen, deze zijn onderdeel van het immuunsysteem. Met de goede sensor –zeg, eentje die aan kankercellen bindt– kan de computer de T-cel in actie laten komen, zodat de ongezonde cel meteen wordt vernietigd.

Een andere toepassing is voor gentherapie. Het probleem van gentherapie vandaag de dag is het gebrek aan nauwkeurigheid. Een ingespoten gen dat de lever moet repareren zal het orgaan bijvoorbeeld niet altijd bereiken, of komt terecht in andere organen waar het meer kwaad doet dan goed. Dit is te verhelpen door het ingespoten gen te combineren met een RNA computer. Door de sensor van de RNA computer af te stemmen op levercellen weet de arts zeker dat het gen alleen tot expressie wordt gebracht als het daadwerkelijk in de lever zit.

Dit onderzoek is gepubliceerd in de editie van Science van 17 oktober.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 22 oktober 2008

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.