Met een paar genen uit Pseudomonas syringae kun je Escherichia coli voorzien van een AND-poort, die reageert op twee willekeurig te kiezen omgevingsfactoren. De ‘biologische computer’ is hierdooor weer een stapje dichterbij, claimen Richard Kitney, Martin Buck en collega’s (Imperial College, Londen) in Nature Communications.

Het is zeker niet de eerste logische schakeling die in een bacterie wordt gemonteerd, maar volgens de onderzoekers is het wel de eerste die modulair én orthogonaal is. Dat laatste wil zeggen dat hij functioneert buiten het normale metabolisme van E. coli om, en dus nauwelijks last heeft van wat er in de rest van de bacterie gebeurt.

Modulair slaat op het willekeurige kiezen van die omgevingsfactoren: je kunt de AND-poort op verschillende signalen laten reageren, terwijl je ook het outputsignaal eenvoudig kunt aanpassen. Het moet zelfs niet zo moeilijk zijn om een aantal modules aan elkaar te breien tot een complexe logische schakeling, maar dat is iets voor een volgende publicatie die er ongetwijfeld gaat komen.

De schakeling is opgebouwd rond de sigmafactor s⁵⁴, die normaal gesproken genen activeert wanneer dat nodig is wegens stikstofgebrek. Binnen de logische schakeling wordt deze sigmafactor aangezet door twee eiwitten genaamd hrpR en hrpS. De genen die voor deze eiwitten coderen worden weer aangezet door zogeheten promoters, dat zijn DNA-fragmentjes die vlak vóór het gen zitten.

En het mooie is dat van die promoters verschillende varianten bestaan, die elk door een ander molecuul uit hun omgeving worden aangezet. Door met deze stukjes DNA te spelen, kun je dus de schakelmodule aanpassen aan een inputsignaal naar keuze.

De onderzoekers hebben drie promoters uitgeprobeerd die respectievelijk reageren op isopropylthiogalactoside, arabinose en N (3-oxohexanoyl)L-homoserinelacton. Dat laatste is een ‘quorum signal’ dat bacteriën gebruiken om te bepalen met hoeveel ze zijn.

Om te zien of het werkte, werd het uitgangssignaal gekoppeld aan de productie van groen fluorescent eiwit. Maar het is ook al gelukt om er een tweede logische schakeling mee aan te sturen, een zogeheten NOT-gate die dicht gaat wanneer hij een inputsignaal krijgt. De combinatie van de twe poorten levert dus een NAND-gate op die pas sluit bij twéé positieve signalen tegelijk.

bron: Imperial College