Naukowcy zapisali film w DNA żyjących bakterii

Badacze używając techniki CRISPR zapisali w DNA żyjącej bakterii Escherichia coli film. Gdyby udało im się skłonić bakterię do zapisywania innego rodzaju danych, komórki mogłyby stać się maleńkimi rejestratorami wewnątrz naszych ciał, które mógłby przechwytywać niewidzialne dla nas zmiany w organizmie.

Technika zademonstrowana na bakteriach E. coli pokazuje sposoby rejestrowania kluczowych wydarzeń w życiu komórki. To osiągnięcie jest krokiem w kierunku tworzenia komórkowych systemów nagrywania, które mogą zapisywać szereg zdarzeń mających miejsce w naszych ciałach.

W ambitnym eksperymencie testującym granice biologicznego dysku twardego, amerykańscy badacze zapisali jeden z najwcześniej nagranych filmów w historii kina w DNA żywych komórek bakteryjnych. Choć naukowcy wcześniej zapisywali już olbrzymie ilości danych, w tym także filmy w DNA, jest to pierwszy przypadek, w którym udało się zapisać nagranie w żywych komórkach bakterii, a następnie je odtworzyć.

Seth Shipman, biolog z Harvard Medical School w Bostonie podczas badań mózgu, starał się zrozumieć, jak komórki mózgu przyjmują odrębne cechy oraz jak zmieniają się z biegiem czasu. To zainspirowało go do zbadania możliwości stworzenia komórkowych rejestratorów, które zapisywałyby te zmiany. Biorąc pod uwagę, że takie mikroskopijne zmiany zdarzają się niemal niezauważalnie wewnątrz żywej tkanki, nie jest to najłatwiejsza rzecz do zbadania.

– Komórki mają uprzywilejowany dostęp do wszelkiego rodzaju informacji. Z przyjemnością zbadałbym takie molekularne nagrania funkcjonujące w rozwijającym się układzie nerwowym i nagrywające informacje – powiedział Shipman.

Technika użyta przez badaczy może pozwolić żyjącym komórkom stać się swoistym rejestratorem molekularnym w czasie rzeczywistym, który mógłby przechwytywać niewidzialne dla nas zmiany w organizmie. – Chcemy przekształcić komórki w historyków. Wyobrażamy sobie biologiczny system pamięciowy znacznie mniejszy i bardziej wszechstronny niż dzisiejsze technologie, który będzie bezinwazyjnie śledzić wiele wydarzeń – wyjaśnił Shipman.

Shipman i jego koledzy, w tym wybitny genetyk George Church, wykorzystali technikę CRISPR-Cas, która oferuje możliwość względnie łatwej ingerencji w genom. Ale wcześniej zespół przekształcił każdy piksel starego filmu w kod DNA wyznaczony przez szczególną konfigurację nukleotydów – adeniny, guaniny, tyminy i cytozyny. Następnie naukowcy wykorzystali wspomnianą już technologię edycji genów CRISPR, aby osadzić tę sekwencję informacji w genomie bakterii E. coli.

Po wykonaniu prac, zespół odczekał tydzień pozostawiając bakterie w laboratorium, by w tym czasie dzieliły się i mnożyły przekazując zapisane nagranie następnym pokoleniom. Następnie badacze zsekwencjonowali wydobyte z bakterii DNA, co umożliwiło odtworzenie filmu. 90 proc. zapisanych informacji pozostała nienaruszona.

GIF

Doświadczenie pokazało, że żywe komórki mogą rejestrować i przechowywać informacje, które mogą następnie być wyodrębnione i poddane przeglądowi w razie potrzeby. Jeśli ta zdolność zostałaby ukierunkowana na rejestrowanie innych rodzajów danych – takich jak zmiany w ekspresji genów wpływających na rozwój neuronów oraz innego typu komórek – moglibyśmy śledzić rozwój chorób w czasie rzeczywistym lub przewidzieć wystąpienie zagrożeń dla zdrowia, podczas gdy nadal są one możliwe do uniknięcia.

– Gdybyśmy znali etapy transkrypcji, moglibyśmy ich użyć jako przepis na tworzenie podobnych komórek – ocenił Shipman. – Mogłoby to zostać użyte do modelowania choroby lub w różnego rodzaju terapiach – dodał.

Badania zespołu Shipmana pokazują, że taki żywy dysk twardy może zostać skłoniony, aby zapamiętać o wiele więcej i kolejno rejestrować historię zdarzeń w organizmie. Komórki mogłyby stać się maleńkimi kamerami wewnątrz ciała.

 

 

Źródło: Nature, fot. Seth Shipman