Vrijdag 30/09/2022

We gaan leven programmeren

Waar Lego al niet goed voor is. Bio-ingenieur Drew Endy, die de nieuwe Steve Jobs wordt genoemd, ontdekte als kind het ingenieursvak via de speelgoedsteentjes. Nu bouwt hij zijn eigen digitale lego: de biobit. 'Dit is een revolutie.' Ben van Raaij

Het kan geen toeval zijn dat het jongetje dat met Lego speelde vandaag een van de pioniers van BioBricks is, een open source-initiatief dat online gratis handzame stukjes DNA beschikbaar stelt om nieuwe biologische systemen mee te ontwerpen en bouwen. Het maakte Endy tot een van de coryfeeën van de synthetische biologie, een opkomend veld waar gewerkt wordt aan bacteriën die diesel produceren, gifstoffen detecteren of elastische spinnenzijde kunnen aanmaken. Een andere prominent is Craig Venter, die in 2010 de eerste synthetische cel presenteerde: een bacterie met een op de pc geschreven nieuwe genetische code.

Endy (41), een jongensachtige verschijning die meer weg heeft van een jonge Bill Gates dan van Steve Jobs, is vooral van de ontwerpfase. Hij wil de vooruitgang in het vak versnellen door goede tools te ontwikkelen, zegt hij in Delft, waar hij sprak op het Life Science Symposium 2012. Zijn vrouw zit ook in het vak, zij ontwikkelt slimme moleculen. "De vraag is natuurlijk wie van ons de grote doorbraak realiseert. Het antwoord is: zij. Zij is veel beter."

Wat zoekt een ingenieur in de biologie?

"Voor een ingenieur is biologie heel indrukwekkend. Biologie bouwt moleculen maar ook megastructuren, zoals de redwoods bij ons in Californië, bomen van 100 meter hoog. Wow! Biologie is een natuurlijk fabricageplatform dat van de atomaire schaal tot de 100-meterschaal gaat, het beste op de planeet. En enorm succesvol: de biologie heeft de hele planeet overgenomen. Dus als je dingen wilt maken, zoals ik van kindsbeen af, wat is er dan mooier om mee te werken dan de biologie?"

Is synthetische biologie de technologie van de 21ste eeuw? Gaat zij een nieuwe industriële revolutie brengen?

"Ik denk van wel, en anderen vinden dit ook. De 20ste eeuw was de eeuw waarin de mens heel goed werd in het programmeren van informatie. In de 21ste eeuw zullen we heel goed worden in het programmeren van (levende) materie! En in dat proces kan de biologie een ongelooflijke rol spelen.

"Neem de ribosomen, de complexen in de cel die eiwitten maken. Op basis van een rna-instructie assembleren ze aminozuren en vouwen die ruimtelijk zo op dat de atomen in het eiwit precies goed tegenover elkaar zitten. Ribosomen zijn eigenlijk programmeerbare nano-assembleerders. In de biologie zie je overal zulke voorbeelden van hoe de natuur in de evolutie geleerd heeft materie te programmeren. Wij gaan dat nu ook proberen, in partnerschap met de biologie en op basis van wat we geleerd hebben van de computerwetenschap. Want omdat biologie zo gecompliceerd is kan dit niet zonder computers.

"Mijn universiteit, Stanford, ziet dat ook in. Ze hebben er voor het eerst in decennia een nieuw departement voor opgericht, Bioengineering. Het laatste departement was Computertechnologie, en dat heeft ons Google gebracht. Hoeveel geld investeert Stanford erin? 500 miljoen dollar! Met welke verwachtingen? Dat wij de nieuwe technologische revolutie gaan leiden. Silicon Valley zal beroemd worden om andere elementen uit het periodiek systeem dan silicium: koolstof, stikstof, fosfor. En dit is alleen nog maar Stanford."

Hoe past uw eigen onderzoek hierin?

"Wij werken aan genetisch gecodeerde dataopslag of geheugen. Wat we willen maken is een soort USB-stick, maar dan een die in levende cellen werkt. Stel je voor dat je zou kunnen bijhouden hoe vaak die cel zich deelt. En dat je dan als die te vaak deelt zodat zich een tumor kan vormen, kunt zeggen: stop!"

"Over die toepassingen maak ik me geen zorgen. We doen dit werk uit strategische overwegingen: omdat mensen het kunnen begrijpen en het cool en belangrijk klinkt (en is), maar tegelijk heel moeilijk is om te doen. We hebben na drie jaar net onze eerste biobit af.

"Hoe het werkt? We hebben bepaalde enzymen, recombinases, zo ingesteld dat ze een stukje DNA in een chromosoom kunnen omkeren en terugdraaien. We hebben nu één zo'n stukje, een flippy noemen we het, maar officieel heet het RAD (Recombinase Adressable Datamodule), dat we heen en weer kunnen flippen. In de ene positie noemen we het een 0, in de andere een 1. De eerste biologische bit, een biobit dus."

Wat wordt de droomtoepassing van de biobit?

"Informatie opslaan in genen. Maar hoe groot is de wereldmarkt voor genetisch gecodeerde dataopslag vandaag? Bij benadering 0 dollar per jaar! Want wat zou je er in godsnaam mee kunnen doen? Maar wat zal die markt zijn in 2030? Misschien wel 100 miljard dollar.

"Mijn ultieme droom is patronen programmeren in vier dimensies! De natuur zit vol met zulke programma's: een zaadje groeit uit tot een plant, een bevrucht ei tot een dier. Biologen noemen dat ontwikkeling, wij ingenieurs noemen dat ruimte-tijd-programmeren. Daarvoor moeten we nieuwe programmeertalen ontwikkelen die informatie in de ruimte en in de tijd kunnen versturen. De eerste pogingen daartoe worden al gedaan."

De MacBook klapt weer open. Endy start een programma dat Harvard-computerwetenschapper Radikha Nagpal heeft ontwikkeld en dat in drie dimensies werkt: de X-as, de Y-as en de tijd. In de simulatie groeit een enkele cel vanzelf uit tot een ingeprogrammeerde vorm, in dit geval een kruis. "Dit is simulatie, nog geen biologie, maar dat gaat komen. Straks krijg je na een ongeluk zo een nieuwe arm of been."

Bedoelt u dat we in de toekomst complete ledematen gaan laten groeien?

"Waarom niet? In de natuur groeien ledematen ook de hele tijd. We gaan héél goed worden in het programmeren van levende materie. Dat programma van Nagpal vergt twee bits. Die zullen wij ook snel hebben. Om een arm of been te laten groeien heb je waarschijnlijk 10 of 20 bits nodig, maar zeker niet zoveel als een gigabyte."

U bent een groot voorstander van open source biology. Waarom?

"Ik ben een praktisch man. Kijk naar de computerwereld: de helft van de webbrowsers is gebaseerd op vrije en open software, 90 procent van de krachtigste computers draait erop, 80 procent van de webservers, 60 procent van de smartphones en, mijn favoriet: 12 van de 15 meest gebruikte programmeertalen zijn open source. Waarom zou het in de bio-engineering anders zijn?"

Veel mensen hebben ethische of religieuze bezwaren tegen het maken van synthetische levensvormen. Maakt u zich zorgen over die weerstand?

"Natuurlijk. De helft van mijn familie bestaat uit vrome katholieken en die vragen op feestjes: wat is er verkeerd aan het DNA dat God ons gaf? Mijn snelle antwoord is: heb je er weleens naar gekeken? Het serieuze antwoord is: we kunnen Gods werk veel beter appreciëren door ermee te werken.

"Ik maak me drukker over andere problemen. Hoe zorgen we dat iedereen van synthetische biologie gaat profiteren? Wat is de beste balans tussen private en publieke eigendom? Hoe voorkomen we dat mensen de technologie misbruiken? En hoeveel kunnen we maken samen met de biologie? Het vermogen van de natuur is eindig en zelfs berekend - op 90 terawatt om precies te zijn. Ook biobrandstoffen zijn niet oneindig. Het zou dom zijn van synthetische biologie een nieuwe industriële revolutie te maken. Ik wil de natuur niet vervangen door een fabriek.

"Bij de meeste dilemma's zullen we er wel uit komen. Er is eigenlijk maar één kwestie waarop ik geen antwoord heb en waarbij ik me onbehaaglijk voel, en dat is de kwestie van de bioveiligheid. En dan heb ik het niet over biohackers en biopunks als BioCurious, maar over schurkenstaten. Wat is ons plan voor bioveiligheid in een wereld waarin we de biologie steeds beter naar onze hand kunnen zetten? En wie is verantwoordelijk voor dat plan? We zien dat classified research, geheim onderzoek, weer in opmars is. We kunnen zomaar afstevenen op een militarisering van de biotech, geen fijn vooruitzicht."

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234