Wetenschappers maken programmeertaal voor cellen

Wetenschappers hebben een programmeertaal ontwikkeld waarmee cellen aangestuurd kunnen worden. Dat werkt doordat de geschreven code wordt omgezet in een streng dna, die vervolgens in de cellen wordt aangebracht.

De technologie is ontwikkeld door het gezaghebbende MIT, en gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science. Volgens Christopher Voigt, die als professor werkt bij het instituut, is het letterlijk een programmeertaal: er kunnen op tekst gebaseerde commando's worden geschreven, waarna het wordt 'gecompileerd'. Dat houdt in dat de commando's worden omgezet in een dna-streng, die dezelfde gecodeerde instructies bevat. Vervolgens wordt de streng dna ingebracht in de cel, waarna deze de geprogrammeerde genen gaat aflezen.

MIT heeft de programmeertechniek voor cellen met succes toegepast in E. coli-bacteriën. In experimenten werd een hoge succeskans behaald: 92 procent van de ingebouwde functies werkte zoals van tevoren werd voorspeld. Het gaat daarbij om biologische circuits gebouwd met verschillende soorten functies. Daarbij werd ook het grootste biologische circuit ooit gebouwd, aldus de onderzoekers. Deze heeft zeven logische poorten en is gemaakt met 12.000 dna-bouwsteentjes. Op termijn moet de programmeertaal ook 'compatibel' worden met andere soorten bacteriën.

In het verleden zijn wetenschappers ook al bezig geweest met het bouwen van chips op basis van dna. In onderzoeksinstituten in Californië en Israël werd bijvoorbeeld een biologische computer gebouwd met dna-strengen. Omdat dna gecodeerde boodschappen bevat voor het bouwen van eiwitten is er veel interesse van biologen om hiermee biologische chips te bouwen. Met de door MIT ontwikkelde programmeertaal kan het bouwen van dergelijke systemen mogelijk gemakkelijker worden. Dat komt ook omdat de bedenkers van plan zijn om de design-interface voor iedereen beschikbaar te maken.

Binnenkort moet er een webinterface verschijnen waarmee gebruikers zelf commando's kunnen programmeren. Daarvoor hoeven zij geen kennis te hebben van genetica. De onderzoekers beloven een gebruikersvriendelijke tool die zonder ervaring is te gebruiken.

Wat vind je van dit artikel?

Geef je mening in het Geachte Redactie-forum.

Reacties (96)

Dat maakt de cirkel weer rond het team achter de programmeertaal Smalltalk (geleid door Alan Kay) heeft voor het toen nieuwe concept van object-georiënteerd programmeren hun inspiratie gehaald uit biologische cellen. Kay's visie van OOP herken je tegenwoordig meer terug in het actor model dan in de meeste OO-programmeertalen.

[Reactie gewijzigd door Rafe op 3 april 2016 11:35]

is er nou echt niemand die even de bron checkt en dan ziet wanneer het gepupliceerd is?

Science 01 Apr 2016:
Vol. 352, Issue 6281,
DOI: 10.1126/science.aac7341

mijn geloof daalde naar 0% toen ik dat van de beloofde webinterface met gebruikersvriendelijke instructies zag

Ik heb geen verstand van wat er allemaal staat, maar bij dit artikel hebben ze het er duidelijk bij gezet:
http://www.sciencemag.org/news/2016/04/artificial-intelligence-steals-money-banking-customers
*Update, 4 April, 7:51 a.m.: This story was posted on 1 April as an April Fool’s joke.

Het is wel een ongelooflijk uitgebreide hoax. De code achter de cellocad.org webinterface is 4 maanden oud en 101 pagina's aan documentatie geven me wel de indruk dat het serieus is.

[Reactie gewijzigd door Rafe op 4 april 2016 16:16]

Alleen heeft deze taal helemaal niks te maken met OO...
Het lijkt veel meer op iets als VHDL.

Dat is volgens mij niet wat er bedoeld werd. Er werden concepten uit cellen toegepast op programmeertalen, nu worden concepten uit programmeertalen toegepast op cellen. En dat omschrijft inderdaad een mooie cirkel.

Heb hier een gemengd gevoel over. Aan de ene kant juich ik het toe dat de Medische wetenschap steeds verder, en verder komt.

Aan de andere kant (en die is duister) ben ik ook van mening dat we niet moeten doordraaien met het genezen van Ziektes. Daardoor komt er een onbalans op onze aarde. We worden al zo oud, en we kunnen al zoveel genezen met als gevolg dat onze aarde inmiddels overvol is met alle nadelige gevolgen daarvan.

Vroeger dachten mensen net zo en toen werden ze hooguit 40 / 50. Geen idee waarom we de denkbeeldige grens van 80/90 in ons hoofd hebben. Nu zijn mensen van 80/90 ook wel erg oud en hebben vaak kwaaltjes, iets wat vroeger op een veel eerdere leeftijd al was. Als je nu ziet wat mensen van 40/50 doen (midlife crisis) dan was dat vroeger ondenkbaar. Zal in de toekomst niet anders zijn denk ik

kwaaltjes moeten zo aangenaam mogelijk worden gemaakt.

Maar als je iets dodelijks onder de leden heb?

Iets met het recht van de sterkste imho.

Mijn pa heeft 2x kanker overleeft en ben blij dat hij er nog is maar ik zou persoonlijk die polonaise aan me lijf weigeren.

Heftig, ik hoop dat het goed met hem gaat en hij nog heel lang bij jullie kan zijn, maar ik denk dat als je zelf voor die keuze staat je er niet zo makkelijk over denkt als dat je nu laat overkomen. Leven zit in ons instinct, opgeven doen we niet zo snel en dat laat deze studie ook maar weer zien

Keuze is al vastgesteld. Niet rechtsgeldig omdat niet vaststaat bij notaris maar al mijn vrienden weten dat ze de stekker er uit mogen trekken mocht het misgaan.

TENZIJ me Pa nog leeft. Als zoon moet je je pa overleven...

Maar we raken offtopic

'me'

De lift, anyone?

experimentele biomoleculaire chips, die de lift moeten gaan aansturen

Bio-Neural circuitry (Star Trek)

Ik denk meer aan muziek van het bloed van Greg Bear. http://www.boekbeschrijvingen.nl/bear-greg/bear2.html
Een roman over E-coli bacterien die informatie uitwisselen via pakketjes RNA. Best accurate voorspelling van de toekomst.

[Reactie gewijzigd door siren op 3 april 2016 17:16]

Dit is software in bugs, weer eens wat anders dan bugs in software!

Bugs in software in bugs. Must go deeper.

Zou wel tof zijn als schadelijke cellen in een lichaam zo uitgeschakeld kunnen worden.
Dan heb je

• bloed plaatjes voor bloedstolling
• rode bloed lichaampjes voor zuurstof transport
• witte bloed lichaampjes voor bescherming en herstel
• "blauwe" bloed lichaampjes (man made) voor extreme bestrijding van ziektes en kanker, zenuw herstel noem maar op.

*Ughe*Umbrella Corp.*ughe*

[Reactie gewijzigd door McBrown op 3 april 2016 12:59]

Ben benieuwd of we straks ook dna-strengen kunnen decompilen

Is dit bericht niet een dag of twee te laat???

[Reactie gewijzigd door racker op 3 april 2016 21:09]

En het MIT onderzoek werd bekend gemaakt op 1 April.
De BBC stonk er ook al in.

Jij snapt 'm...

Uhm... ja klopt, maar 1 April is ook maar gewoon een datum hoor. Hierbij de link naar het artikel in Science:
http://science.sciencemag.org/content/352/6281/aac7341

en een link naar het lab van de corresponding author:
http://web.mit.edu/voigtlab/

Is gewoon serieus (en belangrijk) onderzoek!

Vandaar dat ze erbij zetten:

*Update, 4 April, 7:51 a.m.: This story was posted on 1 April as an April Fool’s joke.

Dat was een ander artikel toch?
http://www.sciencemag.org...s-money-banking-customers

Je hebt gelijk, ik lees weer eens niet goed

Wow nu is het wachten op de eerste biologische malware. Reclame op je huid of zo.

[Reactie gewijzigd door davekok op 3 april 2016 11:28]

1. Dit werkt enkel met E. Coli.
2. Hoe zou je reclame op je huid willen laten zien met beschikbare biologische functies. Fluoriserend en dergelijk zou kunnen, maar de vraag is of dit kan worden bewerktstelligd in een menselijke huidcel. Bovendien is de bovenste laag "dood".

Waarom zou dit niet voor andere bacteriën werken?

Dit heeft alles te maken met evolutie, mutaties en codon bias. Genetica is een lastig onderwerp omdat er zoveel complexe systemen aan elkaar geknoopt zijn. Zo hebben wij mensen heel veel DNA wat eigenlijk niets doet behalve er voor zorgen dat mutaties zo veel mogelijk niet in coderend DNA komen. Maarja dat werkt niet altijd.

Zodoende zijn er dus genen waarin een mutatie is opgetreden over de tijd heen. Het gen doet nog exact hetzelfde maar er is bijvoorbeeld een A in een C versnderd doordat DNA Polymerase een foutje maakt en het niet corrigeerd (dat gebeurt eens in de zoveel duizend keer). Doordat dit verder geen probleem oplevert voor de werking van het uiteindelijke eiwit is dat niet erg en blijft het organisme gewoon leven. Gebeurt dit vaker dan zie je dus dat een gen wel zijn functie behoud, maar een heel andere sequentie heeft. Doordat we weten hoe vaak een mutatie ongeveer voor komt kunnen we dus uitrekenen hoe sequenties van verschillende organismen aan elkaar gelinkt zijn. Dat heet fylogenie. Daar kunnen we hele mooie fylogenetische bomen van maken.

Dit betekent echter wel dat de ene bacterie een andere genoomsequentie heeft dan een andere uit een andere familie.

Hierdoor werkt een gen uit e. coli niet per se in een andere bacterie. Zeker als deze bacterie dat gen normaal gesproken niet heeft. Dan wordt het gen simpelweg niet geactiveerd en wordt het eiwit niet geproduceerd (om het even simpel uit te leggen).

Het tot expressie komen van een gen vereist een aantal omstandigheden. Een promotor die aangeeft dat dit gen getransleerd moet worden bijvoorbeeld. Zomaar een gen tot expressie laten komen vereist al een aantal stappen. Laat staan dit te doen dmv een computer programma en de cel echt te programmeren op functie.

Als bio-informaticus juich ik deze ontwikkeling sterk aan. Fantastisch om de terugkoppeling naar cellen te kunnen maken.

Deze uitleg geeft de biologie leken een iets wat vertekend beeld. Als we mogen aannemen dat de "compilatie" inhoudt dat het commando wordt vertaald naar een eiwit dat in de cel tot expressie komt is het enige wat je nodig hebt een universele promotor. Er zijn genoeg eiwitten die voorkomen bij zowel E. coli, Listeria, Haemophilus, noem maar op.

Jouw verhaal is zeker waar in de zin dat we niet met zekerheid kunnen zeggen hoe (en of) het eiwit in de gastheercel kan werken, maar dat het algoritme per cel anders moet zijn is onjuist. De codering voor eiwitsynthese is immers voor alle op DNA gebaseerde organismen identiek.

De eiwitten zullen dan waarschijnlijk wel werken, maar daar moet wel een juiste promotor aan worden gezet. Elke bacterie heeft andere soorten promotoren die wel of niet kunnen werken. Dus mocht je inderdaad een gen inbouwen onder een bepaalde promotor in E. coli kan het best zijn dat deze wel in L. lactis werkt maar inderdaad niet in listeria etc.

Ook is het zo dat bepaalde dna sequenties de aminozuren vormen, maar deze willen ook nog wel eens wisselen per organismen. Mensen/dieren niet, maar tussen bacterien/schimmels etc kunnen deze sequenties duidelijk andere resultaten geven.

Oftewel een DNA sequentie moet bijvoorbeeld "yeast optimized" zijn. En zoals altijd in de moleculaire biologie (en dit is meer synthetische biologie) beginnen ze in E. coli want inbouwen van genen is daar in een halve dag wel gedaan.

(als je meer informatie wil over hoeveel er al mogelijk is met dit soort stukken DNA inbouwen. kijk even op: http://igem.org/Competition Dit is een competitie voor studenten om de meest gekke ideeën met bacterien/gisten uit te proberen.)

interessant stuk, echter op één punt een kleine vraag:
Ik heb in een documentaire over DNA gezien dat ze het gen voor een facet-oog in dieren plaatsen die dat niet hadden, en deze kregen facet-ogen (ook al stonden ze genetisch gezien echt héél ver uit elkaar, lees insect en reptiel oid). Ik kan mij helaas de exacte situatie niet herinneren maar het kwam er op neer dat het facet oog geactiveerd of gedeactiveerd werd door een gen uit een compleet andere diersoort en zelfs orde over te brengen. Dit toonde aan hoe lang we al genen met elkaar delen.

Het ging er ook om dat er een grote onderlinge uitwisselbaarheid van genen was, en dat deze gewoon actief konden worden in soorten die heel ver van elkaar staan!

Dat is ook zeker waar. Net als dat je een menselijk oor op een muis kan groeien. Maar zoals ik al zei zijn dit hele complexe systemen en het onderzoek naar een programmeerbare e. coli cel is op zich al erg lastig. Laat staan dat e. coli de bekendste bacterie op deze aardkloot is waar ook het meeste onderzoek naar is gedaan.

Het "porten" naar een ander "platform" is dan wel even een vak apart.

Net als dat je een menselijk oor op een muis kan groeien

Dat is dus niet helemaal zoals het 'oor op muis' verhaal
in elkaar zit. Destijds heeft het voor veel ophef gezorgd, maar eigenlijk was de muis niks anders dan een drager van bioafbreekbaar model waarop kraakbeen weefsel werd gegroeid.

Dat was voor 1990. Volgens mij zijn er ondertussen al succesvolle tests geweest met getransplanteerde stamcellen waarbij de muis alleen gebruikt werd als host voor het regelen van de benodigde aminozuren, zuurstof en voedingsstoffen.

Het artikel stamt uit 1997
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9252594

[Reactie gewijzigd door divvid op 3 april 2016 23:21]

Misschien zou je de aanmaak van melanine kunnen manipuleren (pigment)

En zo niet langer in de zon hoeven te bakken om je favoriete kleurtje op je huid te krijgen? Of mensen die uit hunzelf al getint zijn, een wat lichtere huid te kunnen laten kiezen?

Dit is niet om je lichaam te programmeren hoor, dit is meer om een computer model met cellen op te kunnen zetten om zo leuke proefjes te kunnen doen.

Straks hebben we Simulatiegames als body sandbox naast universe sandbox. Leuk ziekteverwekkers plaatsen en kijken hoe je lichaam erop reageert en weet ik 't wat.

Ik heb zo een vermoeden dat een heel lichaam simuleren ver buiten de technologie van vandaag en de nabije toekomst ligt. Maar ik ben het met je eens dat een volledige simulatie van het menselijk lichaam ontzettend gaaf zal zijn

Ik geef toe dat dit inderdaad nog erg ver in de toekomst is, maar ik weet dat meerdere onderzoeksgroepen op de RUG bezig zijn met het bouwen van een bacterie "uit het niks". Dus alle stukken DNA zelf uitprinten en dan het proberen aan te krijgen

Mensen stiekem gaan injecteren met een shot E. Coli. bacteriën die zo geprogrammeerd zijn dat ze op een specifieke locatie in een haarvat onder de huid opeens luciferin en luciferase gaan produceren. Om vervolgens te kijken hoe je niets vermoedende doelwit dood neervalt omdat z'n immuunsysteem in shock raakt. Nieuwsberichten met foto's van vreemd bericht dat op z'n voorhoofd verscheen vlak voordat hij dood neerviel = extra publiciteit voor je reclame.

Als iemand de filmrechten wil hebben, stuur me een DM

Waarom moet ik aan de film In Time denken?

Dat weet ik niet maar ik had hetzelfde

ik zat eerder te denken aan Prometheus en dan het begin stukje waar die alien zijn DNA los laat in onze natuur.

Het antwoord op 2. is heel eenvoudig. De mens heeft daarvoor zijn eigen kleurstof ingebouwd zitten: Pigment.

Als je de E.Coli zo ver krijgt het pigment lokaal te stimuleren kun je dus reclame op de huid krijgen.

Dat het alleen met E.Colli zou werken staat niet in het artikel, wel dat het met succes is toegepast op E.Colli, denkelijk werkt het dus gewoon op een scala van bacteriën.

Ok, ransomware dan, betaal geld of sterf.

Offtopic: is dat niet gewoon belasting?

Ontopic: het is vast te misbruiken in de toekomst, maar ik zie toch liever de positieve kant. Dit zijn dus eigenlijk gewoon de nanobots zoals we ze uit de scifi kennen. Programmeren en commando's geven zodat ze specifieke structuren kunnen bouwen etc. Cool!

Plan for best, prepare for the worst. Als we er geen rekening mee houden dat iemand een E.collie bacterie kan programmeren met een vertraagd effect. En via bijvoorbeeld voedsel kan verspreiden. Gaat op een gegeven moment iemand het doen. Vooruitgang is uiteindelijk niet te stoppen maar we moeten er we voor zorgen dat onze voedselketen en andere manieren waarop mensen makkelijk besmet kunnen worden, zo goed mogelijk beschermd zijn. Anders gaat het geheid gebeuren.

Het ligt er maar net aan welke variant van E.Colli het is, de meeste zijn onschuldig en komen gewoon in je darmstelsel voor

Als het de zogenaamde enterohemorragische E.coli betreft (EHEC, ook wel STEC genoemd) deze kan een besmettelijke dikkedarmontsteking veroorzaken met bloederige diarree. Als complicatie kan nierbeschadiging (HUS) optreden. Deze aandoening komt in Nederland zelden voor.

[Reactie gewijzigd door Kees de Jong op 3 april 2016 19:52]

Offtopic: is dat niet gewoon belasting?

Heel offtopic: Belasting betaal je (je nabestaanden ) ook nadat je gestorven bent.

In vissen die lichtgeven wordt bij veel soorten gebruik gemaakt van 'allies', vriendelijke bacterien die de vissen helpen
Zou dus wel moeten kunnen, theoretisch.

Heb je wel eens opgezocht hoeveel verschillende vriendjes in je eigen darmen leven. Er zijn maar weinig levende organismen die rondkomen zonder hulp van bacteriën, vooral als het om voedsel vertering gaat

Wat als je op deze manier een virus kunt programmeren?

Een virus is geen bacterie en houd er rekening mee dat ook al zou het kunnen, het klinkt hier makkelijker dan dat het is. Om genoeg bacteriën te kweken is er heel wat meer microbiologische kennis nodig. Uiteindelijk is dit een veel moeilijkere manier om mensen te terroriseren dan iemand zich laten opblazen. Als het al gebeurd zal het meer in biologische oorlogsvoering gebruikt worden, maar aangezien het lastig is om eigen mensen hier tegen te beschermen, zal ook dat niet zo snel gebeuren (m.i.).

je vergist je erin hoe makkelijk het is om stukken DNA in te bouwen in bacteriën en vooral E. coli. 1 nacht bacteriën kweken, dan de cellen 'competent' maken (open zetten voor vreemd DNA), 10 minuten werk voor een transformatie en de volgende dag de juiste kolonie prikken.

3 dagen werk en je hebt een nieuwe vorm van E. coli. (zelf 6 versies gemaakt met fluorescerende markers tijdens mijn afstudeeropdracht in Groningen)

Je gaat hier wel voorbij aan een aantal dingen:
Je hebt een volledig uitgerust lab. Pipetten, steriele werkomgeving, centrifuges, schudkasten, toegang tot een pure lijn en specifieke lijn van E. Coli, toegang tot medium of ze in te kweken, toegang tot DNA vectoren, toegang tot analyse materiaal (gels, elektroforese bakken, etc,), toegang tot specifieke antibiotica om resistente kolonies te kweken, een sequencing faciliteit om te controleren of het door jou ingebrachte DNA mutatie vrij goed ingebracht is. En zo kan ik nog wel even doorgaan.

Een aantal van deze onderdelen zijn niet 'zomaar' te koop en je moet geregistreerd zijn om aankopen te doen zodat de overheid verdachte activiteiten kan natrekken. Wanneer het gaat om fluorescente eiwitten is het vaak makkelijk te zien welke kolonies je moet prikken, maar ik kan je uit eigen ervaring vertellen dat er veel transformaties overheen kunnen gaan voor je geluk hebt om juist die kolonie te prikken die je nodig hebt. Die ene zonder mutaties in dat moeilijke gen (als ik voor elke 'mislukte' miniprep een euro krijg dan zat ik op de bahama's nu.)

Plus dat je dus mensen moet hebben met enige kennis van zaken. Een minimale opleiding in labvaardigheden en biologische kennis is vereist. De toolset welke in de bacteriën zit die door MIT is vrijgegeven is groot, maar absoluut niet onbeperkt. Wil je in dit genoom gaan sleutelen dan moet je donders goed weten waar je mee bezig bent. Zoals je zelf in de reactie op supersnathan94 hierboven zegt zitten er daarnaast ook nog haken en ogen aan het tot expressie brengen gezien de promotorsequentie ook passend moet zijn.

Als je al dit vergelijkt met: "Gaat naar darknet, zoekt wapensdealer, koopt AK74s, ?, profit", dan is het voor de doorsnee terrorist echt makkelijker om op die manier toe te slaan. Het is ook een stuk makkelijker om niet op je eigen mensen te schieten/op te blazen, dan om een virus los te laten welke niet ook je eigen volgelingen aanpakt. Als je verder kijkt naar de historie van aanslagen kijkt zijn er maar bar weinig (Gelukkig!) aanslagen bekend die met biologische wapens gedaan zijn. Wil je dit op echt grote schaal doen, dan heb je heel veel kennis en geld nodig... en kom je dus al snel bij oorlogvoering (staten die dit financieren).

Dr. ir. Lightphoenix

[Reactie gewijzigd door LightPhoenix op 4 april 2016 08:15]

Natuurlijk, ik zal niet ontkennen dat dit soort technieken voorbehouden zijn aan de grotere labs en wat rijkere bedrijven.

De techniek en methoden zijn ondertussen vrij makkelijk geworden, maar met alle apparatuur en veiligheidsmaatregelen die ervoor benodigd zijn is dit niet door iedereen zomaar uit te voeren.

Maar die opblaaspoppetjes geven toch niets om eigen mensen? Dus in een 'normale' oorlog zou t niet gebruikt worden. In oorlog met die gekkies heb je er best kans op.

Haha ja, ik hoop niet dat dat ooit gaat bestaan!

Spijtig gaat dit wel bestaan, het is nu al zo dat ze "Chemical Warfare" doen. De overheden zeggen van niet maar ergens diep diep vanbinnen doen ze het wel.

En logisch dat ze dat doen! Als je er geen Research naar doet kan je je er ook niet tegen verdedigen.

Ot. Echt een gave ontwikkeling dit. Kan de ontwikkeling van stoffen dmv van Micro organismen een dikke boost geven als meer mensen hiermee kunnen gaan spelen .

Alsof reclame hetgeen is waar je je zorgen over moet maken.

Ja of niet. loop je ineens door de stad met een MediaMarkt aanbieding op je voorhoofd?

Mediamarkt? Ik ben toch niet gek?

Whahahaha je bent voorgoed lelijk met dikke puisten tenzij je 500 futurische bitcons overmaakt naar de groene bank op mars. dat zou wat zijn

Laten we eerst maar eens proberen pong te spelen op een bacterie.

Als je iemand met (ironisch gezien) een virus kan infecteren kan je er een hoop geld voor vragen om het te verwijderen want je gezondheid is voor de menig mens het meest waardevol.

]Was dit niet een 1 april grap?
http://www.kennislink.nl/...-cellen-doen-wat-jij-wilt

[Reactie gewijzigd door irritantrotjoch op 3 april 2016 11:22]

https://www.google.nl/#q=programming+cells&tbs=qdr:w

Eerste hit is een artikel van MIT zelf, gepost op 31 maart, dat vrij serieus oogt.

Dat lijkt mij ook wel ja