Je leest:

Data opslaan in levende cellen

Data opslaan in levende cellen

Auteur: | 25 mei 2012

Amerikaanse wetenschappers hebben een systeem gemaakt waarmee het mogelijk wordt digitale data op te slaan in het DNA van levende cellen. Het systeem kan informatie van meer dan honderd celdelingen opslaan. Ideaal om de deling en differentiatie van losse cellen te volgen in het onderzoek naar bijvoorbeeld kanker of veroudering.

Het is wetenschappers gelukt data op te slaan in het DNA van levende cellen.

De Amerikanen, onder leiding van bioengineer Drew Endy, baseerden hun systeem op de werking van twee eiwitten: integrase en excisionase. Integrase is een eiwit dat de oriëntatie van het DNA omkeert. Worden integrase en excisionase tegelijkertijd aangemaakt, dan keert het DNA weer terug in zijn oorspronkelijke oriëntatie. Het is wetenschappers al eerder gelukt om met behulp van deze eiwitten de oriëntatie van het DNA definitief te veranderen, maar het idee van Endy was ambitieuzer. Hij wilde een systeem maken waarmee je voortdurend de oriëntatie van het DNA kunt aanpassen, van de ene vorm naar de andere en weer terug. Het probleem daarbij is dat precies de juiste concentraties integrase en excisionase nodig zijn om het DNA terug in zijn oorspronkelijke oriëntatie te krijgen. Kloppen die concentraties niet helemaal, dan doet het DNA precies waar het zelf zin in heeft.

Het heeft Endy drie jaar en 750 mislukte pogingen gekost om de juiste balans te vinden tussen de concentratie integrase en excisionase. Maar na die doorbraak kon hij verder bouwen aan zijn systeem. Hij voegde een DNA-fragment toe dat cellen laat fluoresceren. Dat fragment staat in het systeem onder controle van integrase en excisionase. Is er alleen integrase aanwezig, dan kleuren cellen met het DNA-fragment rood. Zijn zowel integrase als excisionase aanwezig, dan verandert de oriëntatie van het DNA-fragment en kleuren de cellen ineens groen in plaats van rood. Het complete systeem van integrase, excisionase en het DNA-fragment noemde Endy de RAD-module. RAD staat voor recombinase addressable data.

De RAD-module werd getest in E.coli bacteriën zoals deze.
Wikimedia Commons

Van één bit naar acht bits

Endy testte zijn nieuwe module in cellen van de bacterie E. coli. Hij bracht de module in en liet de cellen vervolgens tien dagen groeien, waarbij hij de dataopslag goed in de gaten hield. Alle cellen begonnen met een actief integrase en excisionase en gaven dus een groene fluorescentie. Op willekeurige momenten zette Endy bij individuele cellen de schakelaar om, waardoor alleen integrase nog maar aanwezig was. In reactie daarop kleurden de cellen rood. De Amerikaan wachtte daarna ongeveer negentig celdeling en zette dan opnieuw de schakelaar om. Naast integrase werd ook excisionase weer aangemaakt en de cellen ruilden hun rode kleur in voor het groen waarmee ze in eerste instantie begonnen. Werd er even helemaal geen eiwit geproduceerd, dan onthield de module de informatie van de oriëntatie waarin het DNA het laatst had gezeten. Tijdens zijn experiment kon Endy de data opslaan van meer dan honderd celdelingen.

Op dit moment kan de RAD-module slechts twee toestanden opslaan; rood of groen. Dat is vergelijkbaar met de bit die we kennen uit de informatica. Levende cellen kennen echter veel meer toestanden, dus om het delen en differentiëren van die cellen goed in kaart te kunnen brengen is een systeem met veel meer bits nodig. Endy en zijn team willen de RAD-module in de komende tien jaar dan ook ombouwen tot een systeem van acht bits. En wat er daarna mee gaat gebeuren, weet de Amerikaan nog niet precies. “Dankzij de dataopslag wordt het mogelijk om precies bij te houden hoe vaak een levende cel deelt. Ik zou me kunnen voorstellen dat als een bepaalde cel extreem vaak deelt, het in de toekomst mogelijk is die cel uit te schakelen en zo te voorkomen dat het een kankercel wordt. Maar of het echt zo ver gaat komen, is nog maar de vraag. Wij maken de module en geven die daarna af aan andere wetenschappers. Die mogen de wereld dan laten zien wat je met recombinase addressable data allemaal kunt doen”.

Meer over biologische computers op Wetenschap24:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 25 mei 2012

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.