In het modelsysteem van Joesaar bevatten de ‘zendende’ protocellen stukjes dubbelstrengs DNA, als het ware vastgeklonken aan een eiwitmolecuul dat ervoor zorgt dat het DNA de protocel niet kan verlaten. Dat verandert zodra een stukje enkelstrengs DNA (de ‘input’) de protocel binnenkomt en de plaats inneemt van een van de helften van de dubbele DNA-streng. Het ‘verdreven’ stukje DNA (de ‘boodschapper’) verlaat vervolgens de protocel en belandt na verloop van tijd in een ander type protocel (de ‘ontvanger’). Daar paart het boodschapper-DNA aan een stukje DNA dat al in de ontvangende cel aanwezig was, waardoor deze protocel fluorescent oplicht.

Een ingewikkeld verhaal, dat alleen maar complexer wordt als je bedenkt dat al deze protocellen met het blote oog niet te zien zijn en willekeurig ronddrijven in een waterige omgeving. Er is software waarmee individuele protocellen onder een microscoop gevolgd kunnen worden, maar dat werkt alleen goed in een plat vlak, legt Joesaar uit. “We wilden de protocellen eigenlijk op een vaste plek kunnen houden, om ze over langere tijd te kunnen bestuderen.” Daarvoor heeft hij een apparaatjeontwikkeld, een soort platte, van doorzichtig plastic gefabriceerde stromingskamer voorzien van een regelmatig patroon van pilaartjes, op zo’n afstand van elkaar dat de langsdrijvende protocellen daar precies tussen blijven hangen.

Filmpjes

De afstand tussen de pilaartjes moet precies kloppen, legt Joesaar uit. “Maar de vloeistofdruk waarmee je protocellen door het device stuurt, is nog belangrijker. Als je die druk te hoog maakt, glippen de protocellen alsnog tussen de pilaartjes door; ze zijn namelijk behoorlijk flexibel. En ze kunnen ook nog knappen.” Toch werkte zijn ontwerp al snel verbazingwekkend goed, zegt hij. Daardoor kon hij filmpjes maken met de microscoop, zodat hij met behulp van slimme software individuele protocellen een paar uur lang kon volgen. “Elke twintig of dertig seconden een beeldopname was daarvoor voldoende. Zo kunnen we het verloop van de intensiteit volgen van de fluorescentie in de ontvangende protocellen.” Elke protocel bevat namelijk diverse kopieën van het fluorescente DNA, die elk een boodschapper-DNA kunnen ontvangen. Hoe meer ‘berichten’ er zijn binnengekomen, hoe feller het licht.

Nadat het eenvoudige ‘zenden’ en ‘ontvangen’ van DNA-signalen was gelukt, wisten Joesaar en zijn collega’s van Synthetic Biology met stukjes DNA in protocellen ook nog ‘versterkers’ en ‘feedback loops’ te creëren, naar analogie van elektronische computers. Na zijn promotie is de Est van plan nog een tijdje door te werken aan dit onderwerp. “En mogelijk blijf ik daarna nog wel langer bij Synthetic Biology als postdoc.”