Ученые из Медицинского центра Колумбийского Университета взломали иммунную систему бактерии, после чего создали внутри бактерии подобие магнитофона.
В своей работе ученые использовали инструмент редактирования генов CRISPR-CAS. В дальнейшем технология редактирования генов CRISPR-CAS, которая прокладывает путь для живых устройств мониторинга, может быть использована в медицинских приложениях и для анализа экосистем. Изменения происходили в бактерии Escherichia coli, которая способна запоминать генетические изменения.
«CRISPR-CAS-система является естественным биологическим устройством памяти», — говорит старший автор исследования биофизик Харрис Ван: «С инженерной точки зрения это на самом деле довольно приятно, потому что это уже существующая система, которая была отточена через эволюцию, чтобы позволить хранить большое количество информации.»
Само по себе геномное редактирование CRISPR уже прорывное, так как относительная простота и надежность позволяет вносить в организмы серьезные изменения без ужасающих последствий.
Бактерия типа E. coli содержит «библиотеки» генетических последовательностей, которые помогают идентифицировать инвазивные вирусы. Бактерия копирует эти архивы на разделы РНК, которые помогают вызванным энзимам CAS быстро распознать вирусные геномы и убить их прежде чем они могут причинить вред. Именно это делает систему невероятно полезной, она как молекулярный скальпель. Но в данном случае исследователи обратили свое внимание на саму библиотеку.
Группа использовала круговые фрагменты ДНК, называемые плазмидами, в качестве сообщений в библиотеке данных. Вызывая выработку специфических сообщений в ответ на определенный сигнал, такой как присутствие метаболитов, ученым удалось зафиксировать определенные изменения. Однако, чтобы превратить бактерию в записывающее устройство, нужно сделать так, чтобы она начала хранить изменения в последовательности, которая может быть интерпретирована как мера времени.
Тут и нужен CRISPR-CAS. Механизм был настроен таким образом, чтобы ответить на количество этих плазмидов путем сшивания их в последовательности, так же, как на пленке магнитофона. Смесь плазмид обеспечивает отметку времени, когда происходят изменения в окружающей среде.
«Такой подход обеспечивает стабильную запись в течение нескольких дней и точную реконструкцию временной и линейной информации путем секвенирования массивов CRISPR», — пишут исследователи в своем докладе.
Команда называет свою технологию «временной записью в массивах при расширении CRISPR».
Следующим шагом ученых будет настройка реакции бактерии на биомаркеры заболеваний пищеварительной системы.
