211service.com
Biologer skulle älska att programmera celler som om de vore datorchips
Illustration av David S. Goodsell
Sitter i sitt startlabb i utkanten av MIT:s campus, öppnar Alec Nielsen sin bärbara dator och skriver in instruktioner för en genetiskt modifierad jästcell som kommer att lysa gult. Han berättar för programmet vilka sockerarter han planerar att mata cellen – arabinos och laktos – och specificerar att det ska göra ett fluorescerande protein som normalt finns i maneter.
Datorn tar cirka 60 sekunder innan den spottar ut en lista med ungefär 11 000 bokstäver med DNA, tillsammans med vad som ser ut som ett kretsschema.
Nielsen leder en startup som heter Asimov som försöker automatisera designen av sofistikerade genetiska modifieringar. Dess programvara, kallad CELLO, är utformad efter den typ som används för att planera elektroniska kretsar och datorchips med miljarder transistorer.
Ett 'kretsdiagram' visar hur en molekylär väg bör agera i en mikroorganism.
Biologisk forskning är för det mesta experimentell. Du vet inte vad som kommer att fungera förrän du provar det. Men Asimov tror att det kan ta en del av gissningarna av att göra konstruerade organismer. Vi bestämde oss för ett par år sedan att ta det här mycket komplexa problemet och göra det så enkelt som att programmera en dator, säger Christopher Voigt, en MIT-professor som är en av företagets grundare. Vi börjar fundera på hur man drar verktygen för elektronisk kretsdesign till genetisk kretsdesign.
Att tillverka proteiner, biobränslen eller kemikalier inuti celler är inte nytt. Det är därifrån insulin, alkohol och enzymerna i tvättmedel kommer. Men det är inte lätt att få en mikrob att göra vad du vill – när du vill – utan att dö av ansträngningen.
Nu designar forskare en ny generation av organismer som gör mer än att kontinuerligt pumpa ut genprodukter som fabriker. De vill att de ska känna av och svara på miljösignaler, slå på vid vissa tidpunkter eller bli smarta cancerläkemedel som bara är dödliga inuti en tumör.
Ett fåtal produkter med sådana omkopplare är redan under utveckling. Ett företag som heter Synlogic testar bakterier med en genkrets i som människor sväljer som en del av en klinisk prövning. Stora läkemedelsföretag har börjat förvärva startups med idéer för nya cancerbekämpande celler.
Alec Nielsen (till vänster) och Raja Srinivas är bland grundarna av en startup som försöker påskynda konstruktionen av mikroorganismer.
Voigts labb tillbringade det senaste decenniet med att utveckla genetiska switchar som utför grundläggande logiska uppgifter, som att vänta på två biologiska signaler innan de slås på.
2016 demonstrerade han, Nielsen och andra mjukvaran CELLO, som påskyndade genetisk design så att de kunde bygga 52 sådana kretsar på ungefär en veckas tid. Mer än två tredjedelar fungerade faktiskt. Det förtäter år av arbete till några veckor, säger Voigt. Vi ägnade mycket tid åt att ta reda på varför de grundläggande elementen misslyckas och hur man fixar dem, och hur man isolerar systemet så att de skulle fungera i alla olika kombinationer.
Asimov samlade in pengar från Andreessen Horowitz, riskkapitalföretaget Silicon Valley, som har en fond på 450 miljoner dollar som de investerar i bioteknikföretag som innehåller koncept från mjukvara eller datorteknik. Asimovs plan är att designa kretsar för kunder och leverera de DNA-konstruktioner de behöver.
Om biologisk design kan göras mer förutsägbar ser Nielsen få gränser för vad den skulle kunna användas till. Vi tror att genetiska kretsar kommer att börja dyka upp i alla produkter som berör våra liv varje dag, från mat till kläder till mediciner, säger han.