Rekenen met een DNA-computer of data eeuwenlang opslaan in DNA, dat zien wetenschappers op termijn wel zitten. Spannender wordt het om toepassingen te vinden die een gewone computer niet kan, zoals medicijnen afleveren bij kankercellen of helpen bij diagnostiek in het lichaam. Ook al is dat nog niet zo eenvoudig.

Wanneer je dit artikel op je computer of telefoon leest, werken de chips en elektroden hard om de website en andere openstaande programma’s draaiende te houden. Tegelijk zijn de cellen in je lichaam druk bezig met allerlei belangrijke processen, aangestuurd door de harde schijf van het lichaam: DNA.

Dit DNA bevat allerlei codes die te vergelijken zijn met de enen en nullen die de computer gebruikt. Het is dan ook niet vreemd dat wetenschappers al decennia met de gedachte spelen om computers van DNA te maken.

Inmiddels is het ze al gelukt om met DNA de eerste kleine berekeningen uit te voeren. Zo’n DNA-‘computer’ lijkt overigens in de verste verte niet op een computer met chips erin; het is meer een gewone reageerbuis gevuld met water en DNA.
 

Best simpel

Om te begrijpen wat een DNA-computer doet, is het goed om eerst even te kijken hoe een gewone computer werkt. En dat is volgens universitair hoofddocent synthetische biologie Tom de Greef van de TU Eindhoven best simpel.

‘Een computer krijgt input, verwerkt die door middel van zogenoemde operaties en geeft je dan een resultaat. Een voorbeeld is een AND-operatie, waarbij de input aan twee of meer voorwaarden moet voldoen voor die een positief resultaat geeft.’
 

DNA-computer ontwerpen

Een DNA-computer kan vergelijkbare berekeningen doen, maar het proces ziet er wel heel anders uit. Eerst moeten de onderzoekers – met behulp van een normale computer – hun DNA-computer ontwerpen. Hierbij selecteren ze kleine stukjes DNA die aan elkaar of aan andere moleculen kunnen binden.

‘Je kunt bijvoorbeeld een AND-proces ontwerpen waarbij twee strengen DNA aan elkaar moeten binden om een derde streng los te maken’, vertelt hoogleraar functionele materialen Robert Grass van de ETH in Zürich. ‘Alleen als ze beide aanwezig zijn, raakt de derde streng los.’ Die derde streng kun je dan weer gebruiken om een volgend proces in werking te zetten, en zo ontstaat er al snel een hele keten van berekeningen.
 

Reageerbuisje

Het ontwerp sturen de wetenschappers naar een bedrijf dat DNA synthetiseert. Zodra de bestelling binnen is, kan het rekenen beginnen. ‘We stoppen de strengen DNA in een reageerbuisje met water en voegen bijvoorbeeld een eiwit of andere stukken DNA toe’, vertelt De Greef.

Om te zien of de berekening is gelukt, zorgen de wetenschappers dat er aan het eind van het proces iets gebeurt dat ze kunnen meten. De Greef: ‘Je kunt bijvoorbeeld een fluorescent molecuul laten vrijkomen als aan alle voorwaarden wordt voldaan.’
 

Voorspelbaar en flexibel molecuul

Het hele proces is dus redelijk omslachtig. Toch biedt het DNA ook veel mogelijkheden. ‘We weten veel over DNA, het is een heel voorspelbaar maar ook flexibel molecuul’, vertelt universitair docent bio-organische chemie Bauke Albada van de Wageningen Universiteit.

‘Dit geeft ons de kans nieuwe toepassingen te vinden. Dan denk ik met name aan dingen die een gewone computer juist niet goed kan, zoals het nabootsen van een menselijke cel. Want zo’n cel is in feite ook gewoon een soort computer die aan de hand van DNA processen uitvoert.’
 

MEER LEZEN OVER COMPUTEREN MET DNA?

Het hele verhaal is te lezen in het augustusnummer van De Ingenieur. Koop de digitale versie voor € 7,50, of neem - met een flinke korting van 25 % - een digitaal jaarabonnement van twaalf nummers voor € 69,-.

 

Tekst: Renée Moezelaar
Openingsillustratie: Shutterstoc