Uit synthetisch DNA kun je een soort computer maken die complexe netwerken van chemische reacties aanstuurt aan de hand van chemische formules. Een primitieve versie werkt al, schrijven Amerikaanse onderzoekers in Nature Nanotechnology.

Het idee is dat elke reactant in het systeem wordt vertaald naar een korte enkelstrengs DNA-sequentie, en dat je vervolgens de formele notitie voor chemische reacties gebruikt als programmeertaal. Dus A + B -> C + D wordt: ‘als je de computer voedt met één exemplaar van DNA-fragment A en één van fragment B komen de fragmenten C en D er allebei éénmaal uit.’ Die fragmenten A en B kun je bijvoorbeeld laten genereren door moleculaire sensoren, terwijl C en D iets triggeren door zich verderop aan een complementaire sequentie te hechten.

Georg Seelig en collega’s zetten zich daarmee enigszins af tegen eerdere bedenkers van biologische computers. Die probeerden vrijwel allemaal de logische schakelingen te imiteren die gangbaar zijn in de wereld van de elektronica, zoals AND, OR en NAND. Voor de suggestie dat je beter meteen met chemische formules kunt beginnen als je uiteindelijk chemische reacties wilt aansturen, valt zeker wat te zeggen.

In hun publicatie beschrijven de Amerikanen hoe ze om te beginnen A + B -> C hebben weten te simuleren met een ingewikkeld samenspel (omschreven als ‘strand displacement’) van diverse stukken DNA die elkaar verdringen rond een complementaire streng. Alle betrokken reacties zijn evenwichtsreacties, op de allerlaatste na, zodat het input-DNA in principe beschikbaar blijft tot het moment dat het daadwerkelijk tot een output heeft geleid.

In deze schematische weergave zijn d twee linkse blauwe pijltjes de fragmenten die coderen voor A en B. C is rood en de rest zijn hulpstukken.

Volgens de auteurs kun je de kinetiek van de nagebootste reactie instellen via de snelheid waarmee de DNA-fragmenten met elkaar reageren. Een katalysator in het systeem brengen kan ook: die voer je op als input-DNA dat een identieke streng genereert als output. A + B -> C + B dus. Autokatalyse wordt dan A + B -> C + 2B.

Een pluspunt is dat de DNA-strengen er volmaakt natuurlijk uitzien. Zodra je ze één keer foutloos hebt gesynthetiseerd, kun je ze omwerken tot een plasmide datje in een E.colikweekje plaatst. Die bacterie zal vervolgens vrijwel foutloos kopieën maken in elke hoeveelheid die je nodig denkt te hebben.

Als meest voor de hand liggende toepassing van zo’n biochemische computer wordt het aansturen van gecontroleerde medicijnafgifte aan de hand van RNA-concentraties in het bloed genoemd.

bron: University of Washington, Nature Nanotechnology