211service.com
Biologer ville elske å programmere celler som om de var databrikker
Illustrasjon av David S. Goodsell
Sittende i oppstartslaboratoriet i utkanten av MITs campus, åpner Alec Nielsen den bærbare datamaskinen sin og skriver inn instruksjoner for en genmodifisert gjærcelle som vil lyse gult. Han forteller programmet hvilke sukkerarter han planlegger å mate cellen – arabinose og laktose – og spesifiserer at det skal lage et fluorescerende protein som vanligvis finnes i maneter.
Datamaskinen bruker omtrent 60 sekunder før den spytter ut en liste med omtrent 11 000 bokstaver med DNA, sammen med det som ser ut som et kretsskjema.
Nielsen leder en startup kalt Asimov som prøver å automatisere utformingen av sofistikerte genetiske modifikasjoner. Programvaren, kalt CELLO, er modellert etter typen som brukes til å planlegge elektroniske kretser og databrikker med milliarder av transistorer.
Et 'kretsdiagram' viser hvordan en molekylær vei bør virke i en mikroorganisme.
Biologisk forskning er for det meste eksperimentell. Du vet ikke hva som fungerer før du prøver det. Men Asimov tror det kan ta noe av gjettingen ved å lage konstruerte organismer. Vi bestemte oss for et par år siden å ta dette svært komplekse problemet og gjøre det så enkelt som å programmere en datamaskin, sier Christopher Voigt, en MIT-professor som er en av grunnleggerne av selskapet. Vi begynner å tenke på hvordan vi kan trekke verktøyene for elektronisk kretsdesign inn i genetisk kretsdesign.
Å produsere proteiner, biodrivstoff eller kjemikalier inne i cellene er ikke nytt. Det er der insulin, alkohol og enzymene i vaskemiddel kommer fra. Men det er ikke lett å få en mikrobe til å lage det du vil – når du vil – uten å miste livet.
Nå designer forskere en ny generasjon av organismer som gjør mer enn å kontinuerlig pumpe ut genprodukter som fabrikker. De vil at de skal føle og reagere på miljøsignaler, slå seg på til bestemte tider eller bli smarte kreftmedisiner som bare er dødelige inne i en svulst.
Noen få produkter med slike brytere er allerede under utvikling. Et selskap kalt Synlogic tester bakterier med en genkrets som folk svelger som en del av en klinisk studie. Store legemiddelselskaper har begynt å anskaffe startups med ideer til nye kreftbekjempende celler.
Alec Nielsen (til venstre) og Raja Srinivas er blant grunnleggerne av en oppstart som prøver å få fart på utviklingen av mikroorganismer.
Voigts laboratorium brukte det siste tiåret på å utvikle genetiske brytere som utfører grunnleggende logiske oppgaver, som å vente på to biologiske signaler før de slås på.
I 2016 demonstrerte han, Nielsen og andre CELLO-programvaren, som satte så fart på genetisk design at de var i stand til å bygge 52 slike kretser på omtrent en ukes tid. Mer enn to tredjedeler fungerte faktisk. Det kondenserer år med arbeid til noen uker, sier Voigt. Vi brukte mye tid på å finne ut hvorfor de grunnleggende elementene svikter og hvordan vi fikser dem, og hvordan vi skulle isolere systemet slik at de ville fungere i alle forskjellige kombinasjoner.
Asimov samlet inn midler fra Andreessen Horowitz, venturekapitalfirmaet Silicon Valley, som har et fond på 450 millioner dollar de investerer i bioteknologiselskaper som inkorporerer konsepter fra programvare eller datateknikk. Asimovs plan er å designe kretsløp for kunder og levere DNA-konstruksjonene de trenger.
Hvis biologisk design kan gjøres mer forutsigbart, ser Nielsen få grenser for hva det kan brukes til. Vi tror genetiske kretsløp vil begynne å dukke opp i alle produktene som berører livene våre hver dag, fra mat til klær til medisiner, sier han.