211service.com
Biologer ville elske at programmere celler, som om de var computerchips
Illustration af David S. Goodsell
Siddende i sit opstartslaboratorium i udkanten af MITs campus åbner Alec Nielsen sin bærbare computer og indtaster instruktioner til en genetisk modificeret gærcelle, der vil lyse gult. Han fortæller programmet, hvilke sukkerarter han planlægger at fodre cellen - arabinose og laktose - og specificerer, at det skal lave et fluorescerende protein, der normalt findes i vandmænd.
Computeren tager omkring 60 sekunder, før den spytter en liste med omkring 11.000 bogstaver DNA ud sammen med, hvad der ligner et kredsløbsdiagram.
Nielsen står i spidsen for en startup kaldet Asimov der forsøger at automatisere designet af sofistikerede genetiske modifikationer. Dens software, kaldet CELLO, er modelleret efter den type, der bruges til at planlægge elektroniske kredsløb og computerchips med milliarder af transistorer.
Et 'kredsløbsdiagram' viser, hvordan en molekylær vej skal virke i en mikroorganisme.
Biologisk forskning er for det meste eksperimentel. Du ved ikke, hvad der virker, før du prøver det. Men Asimov mener, at det kan tage noget af gætværket ud af at lave konstruerede organismer. Vi besluttede for et par år siden at tage dette meget komplekse problem og gøre det så simpelt som at programmere en computer, siger Christopher Voigt, en MIT-professor, som er medstifter af virksomheden. Vi begynder at tænke på, hvordan man trækker værktøjerne til elektronisk kredsløbsdesign ind i genetisk kredsløbsdesign.
Fremstilling af proteiner, biobrændstoffer eller kemikalier inde i celler er ikke nyt. Det er her insulin, alkohol og enzymerne i vaskemiddel kommer fra. Men det er ikke let at få en mikrobe til at lave, hvad du vil – når du vil – uden at falde ihjel af indsatsen.
Nu designer videnskabsmænd en ny generation af organismer, der gør mere end konstant at pumpe genprodukter ud som fabrikker. De vil have dem til at fornemme og reagere på miljøsignaler, tænde på bestemte tidspunkter eller blive smarte kræftlægemidler, der kun er dødelige inde i en tumor.
Nogle få produkter med sådanne kontakter er allerede under udvikling. Et firma kaldet Synlogic tester bakterier med et genkredsløb i, som folk sluger som en del af et klinisk forsøg. Store lægemiddelvirksomheder er begyndt at opkøbe startups med ideer til nye kræftbekæmpende celler.
Alec Nielsen (til venstre) og Raja Srinivas er blandt grundlæggerne af en startup, der forsøger at fremskynde konstruktionen af mikroorganismer.
Voigts laboratorium brugte det sidste årti på at udvikle genetiske kontakter, der udfører grundlæggende logiske opgaver, såsom at vente på to biologiske signaler, før de tændes.
I 2016 demonstrerede han, Nielsen og andre CELLO-softwaren, som fremskyndede genetisk design så meget, at de var i stand til at bygge 52 sådanne kredsløb på omkring en uges tid. Mere end to tredjedele arbejdede faktisk. Det fortætter års arbejde til et par uger, siger Voigt. Vi brugte meget tid på at finde ud af, hvorfor de grundlæggende elementer fejler, og hvordan man fikser dem, og hvordan man isolerede systemet, så de ville fungere i alle forskellige kombinationer.
Asimov rejste midler fra Andreessen Horowitz, Silicon Valley venturekapitalfirmaet, som har en fond på 450 millioner dollars, som det investerer i biotekvirksomheder, der inkorporerer koncepter fra software eller computerteknik. Asimovs plan er at designe kredsløb til kunder og levere de DNA-konstruktioner, de har brug for.
Hvis biologisk design kan gøres mere forudsigeligt, ser Nielsen få grænser for, hvad det kan bruges til. Vi tror, at genetiske kredsløb vil begynde at dukke op i alle de produkter, der berører vores liv hver dag, fra fødevarer til tøj til medicin, siger han.