Levende cellen kunnen nu gebruikt worden om een computer te maken

Het afgelopen jaar is mijn mond zo vaak opengevallen bij doorbraken in de biotechnologie dat het me niet eens zo verbaasde dat onderzoekers van MIT een computer bouwden van levende cellen. Wetenschappers kunnen tenslotte data opslaan op een molecuul of, als dat niet klein genoeg is, een streng DNA. Anderen werken aan onzichtbare chips gemaakt van nanobuisjes en dokters hebben het nu al over het gebruik van nanotechnologie voor alles, van het monitoren van orgaanfuncties tot het killen van kankercellen.

Nu heeft dus iemand in Cambridge gedacht: waarom zou ik onze krachten niet bundelen en gewoon een computer bouwen uit levende cellen? En dat is precies wat er gebeurt. Hoe meer ik erover nadenk en hoe meer ik lees over andere pogingen, hoe meer ik besef dat dit de doorbraak van een generatie kan zijn, een nieuw soort computer die alles kan veranderen. Mijn mond hangt nog steeds open.

Hoe wild het ook klinkt, het idee achter een biologische computer is redelijk ongecompliceerd. Computers zijn apparaten die data verwerken, berekeningen uitvoeren en output leveren. Je hersenen zijn een computer. Ook de jaren negentig-Packard Bell op de zolder van je ouders is er een. En het Antikythera-mechanisme, een eeuwenoud analoog apparaat dat de Grieken bouwden voor Jezus geboren werd.

Op hun eigen manier zijn cellen perfect ontworpen om simpele bewerkingen uit te voeren. Ze zijn namelijk gevuld met DNA, waar data opgeslagen kan worden die bepaalde eiwitten kan activeren. Dit zijn dan ook exact de functies die de groep onderzoekers van MIT gebruiken bij hun poging om een computer te bouwen uit levende cellen.

Deze nieuwe biocomputer gebruikt levende cellen om berekeningen uit te voeren, maar dat zijn geen cellen die in de natuur voorkomen. De MIT-onderzoekers bouwden zogenaamde DNA-modules uit cirkelvormige strengen DNA die ze implanteerden in E. coli-cellen. De input komt in de vorm van recombinase-enzymen die DNA-sequenties aan- of uitzetten. Hierdoor gedraagt het DNA zich als de Booleaanse logische poorten die de basiswerking van computers controleren.

“Deze ontwikkelingen zullen het steeds makkelijker maken om programeerbare cellen met  besluitvormingsvermogens voor diverse taken te produceren,” zegt James Collins, synthetisch bioloog aan Boston University. Hij was een van de eersten die een levende computer bouwden, maar maakte geen deel uit van het MIT-onderzoek. Hij legde echter wel de basis voor de technologie toen hij een aantal jaar geleden de genetische 'schakelaar' creëerde die nu gebruikt wordt.

Inderdaad, wetenschappers werken al jaren aan de bouwstenen voor biocomputers. De MIT-methode brengt echter iets nieuws: geheugen. Christopher Voigt, een van de synthetisch biologen, omschrijft het proces als “een erg digitale en permanente manier om informatie op te slaan in DNA. De logica kan verschillende ervaringen opslaan—of de cel in twee verschillende omgevingen was, en in welke volgorde.”

Maar dat is niet alles. “De verandering is permanent,” zegt hij. “Nadat de cellen sterven kan de informatie nog steeds afgelezen worden van het DNA.” De kunstmatige modules zijn een beetje de Gmail van biocomputers, maar dan beter. Er hoeft nooit data verwijderd te worden als het voor altijd opgeslagen kan worden.

Dus waar is deze nieuwe technologie goed voor? Op het moment om indruk te maken op nerds als ik. Maar terwijl wetenschappers de modules perfectioneren, kan de toekomst van biocomputers doorbraken brengen in de geneeskunde en, bij gebrek aan een betere term, verkenning. De twee velden zijn soort van aan elkaar gelinkt en best wel in beweging.

Biocomputers zouden naar plekken kunnen gaan waar normale computers niet heen kunnen. De bodem van de zee, bijvoorbeeld, of de binnenkant van je lichaam. Dit zou handig zijn om betere, minder intrusieve behandelingen te ontwikkelen voor allerlei medische problemen. Een goedgeplaatste biocomputer zou zichzelf bijvoorbeeld aan kunnen zetten bij het detecteren van een ziekte en medicijnen kunnen afleveren zonder naar de dokter te moeten.

En dat is maar een van de vele verbazingwekkende mogelijkheden van levende computers. Er zijn er nog meer dan genoeg, genoeg om een boek te vullen. Alles wat je nu echter hoeft te weten is dat doorbraken in biotechnologie een kritische massa bereikt en dat het schijnbaar onmogelijke binnenkort klinkt als een tripje naar de supermarkt.