CRISPR používal na vytvorenie biologického pevného disku zo živých baktérií

Anonim

CRISPR používal na vytvorenie biologického pevného disku zo živých baktérií

biológie

Michael Irving

13. júla 2017

2 obrázky

Vedci z Harvardu našli spôsob, ako uchovávať informácie o DNA živých baktérií (Credit: destinacigdem / Depositphotos)

Pevné disky budú jeden deň vyzerať ako primitívne ako punčové karty alebo diskety a môže sa ukázať, že médium, ktoré ich nahrádza, bolo vo vnútri nás: DNA. Existuje zmysluplné množstvo údajov prirodzene uložených v genóme každého organizmu, s hustotou a trvanlivosťou ďaleko nad našimi najlepšími snahami. Teraz Harvardský tím vytvoril biologický pevný disk, ktorý pomocou nástroja CRISPR na úpravu génov zaznamenáva informácie (a získava ich z) genómu živých baktérií.

Vedci sa už roky snažia využiť potenciál úložiska DNA. V roku 2012 profesorka genetiky Harvarda George Church zakódovala 70 miliárd kópií svojej knihy na DNA a neskôr vedci z Microsoftu a University of Washington zlomili nový záznam uložením 200 MB údajov do DNA. Minulý rok Cirkev a jeho tím vyvinuli molekulárny rekordér založený na systéme CRISPR, ktorý uľahčuje čítanie a zápis informácií do genómu baktérií az nich.

Pôvodne bola táto technológia navrhnutá tak, aby pomohla vedcom sledovať vývoj buniek, písaním malých, ale výrazných zmien genómu. Vytvorenie zariadenia na ukladanie údajov z baktérií je však oveľa väčší podnik, a preto sa výskumníci snažili otestovať, ako dobre funguje ich technika pri zakódovaní komplexnejších informácií.

"Ako sľubné, ako to bolo, nevedeli sme, čo by sa stalo, keby sme sa pokúsili sledovať asi 100 sekvencií naraz, alebo ak by to fungovalo vôbec, " hovorí Seth Shipman, prvý autor štúdie. "Toto bolo kritické, pretože sa snažíme využiť tento systém na zaznamenávanie zložitých biologických udalostí ako náš konečný cieľ."

Aj keď sa stáva synonymom nástroja na úpravu génov, CRISPR je prirodzený imunitný mechanizmus baktérií. Keď vírus napadne baktériu, vzorky vírusovej DNA sa zachytávajú a uchovávajú v baktériovom genóme ako krátke "oddelené " sekvencie a pri ďalšom pokuse sa chyba vyskytuje v tomto kmeni vírusu, táto "pamäť" pomáha imunitnému proteínu Cas9 rýchlejšie odstrániť infekciu.

Jednotlivé pixely každého obrázku boli preložené do úryvkov kódu DNA, rovnako ako poradie, v ktorom by sa mal objaviť každý rámec, čo umožnilo uchovávanie digitálnych dát v genóme živých baktérií (Credit: Wyss Institute na Harvardskej univerzite)

Keďže tento proces efektívne píše nové informácie genómu, Harvardský tím našiel spôsob, ako ho uniesť, podvádzať Cas1 a Cas2 proteíny do ukladania špecifických informácií v týchto rozpierkach. V tomto prípade boli údaje pozostávajúce z digitalizovaného obrazu ľudskej ruky a krátkeho videa o cviku.

"Navrhli sme stratégie, ktoré v podstate prekladajú digitálne informácie obsiahnuté v každom pixeli obrazu alebo rámca, rovnako ako číslo rámca do kódu DNA, ktorý je s ďalšími sekvenciami začlenený do rozperiek, " hovorí Shipman. "Každý rám sa teda stáva zbierkou distančných bodov a potom sme poskytli oddeľovacie kolekcie pre po sebe idúce rámce chronologicky pre populáciu baktérií, ktoré pomocou aktivity Cas1 / Cas2 ich pridali do polí CRISPR vo svojich genómoch. bakteriálnej populácie pomocou sekvenovania DNA sme konečne dokázali rekonštruovať všetky snímky filmu cválajúceho koňa a poradie, v ktorom sa objavili. "

Tím plánuje naďalej rozvíjať technológiu na zlepšenie využitia na ukladanie dát, ako aj svoj pôvodný účel sledovania zmien buniek v priebehu času.

Štúdia bola publikovaná v časopise Nature a výskumníci opisujú svoju prácu vo videu nižšie.

Zdroj: Harvard

Jednotlivé pixely každého obrázku boli preložené do úryvkov kódu DNA, rovnako ako poradie, v ktorom by sa mal objaviť každý rámec, čo umožnilo uchovávanie digitálnych dát v genóme živých baktérií (Credit: Wyss Institute na Harvardskej univerzite)

Vedci z Harvardu našli spôsob, ako uchovávať informácie o DNA živých baktérií (Credit: destinacigdem / Depositphotos)