Film zapisany w DNA bakterii

Badaczom posługującym się nowoczesnym edytorem DNA udało się zakodować, a następnie odczytać i odtworzyć film w DNA bakterii. To pierwszy krok w ambitnym projekcie – jego celem ma być wykorzystanie bakterii jako mikroskopijnych rejestratorów danych, które mogą dotrzeć tam, gdzie ludzkie oko i ludzkie narzędzia nie mają dostępu.

18.07.2017Aktualizacja: 22.02.2023Opublikował: RK

Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda ogłosili wyniki eksperymentu, który w pierwszej chwili może wydać się dość zaskakujący: posługując się techniką edytowania genów CRISPR zakodowali serię obrazów i jedną sekwencję w formacie .gif w DNA bakterii pałeczki okrężnicy. Już od kilku lat naukowcy potrafią pisać (i odczytać) w DNA bakterii obraz lub prostą informację, ale zakodowanie filmu oznacza znaczny postęp w ilości magazynowanych danych. Badacze uznają to za dobry znak na przyszłość – jeśli nastąpi dalszy postęp, być może kiedyś będzie możliwe wykorzystanie bakterii jako ruchomej kamery wideo, która dotrze tam, gdzie człowiek z pewnością sam się nie może znaleźć.

– To, na co rzeczywiście liczymy, to nie zapisywanie i odczytywanie informacji, które już mamy, ale to, żeby niewielkie komórki mogły dotrzeć tam, gdzie my sami dotrzeć nie możemy i pozyskać informacje, które są dla nas niedostępne – mówi Seth Shipman, neuronaukowiec z Uniwersytetu Harvarda i główny autor badań. – Jeżeli doprowadzimy do tego, żeby bakterie zbierały dane, a następnie zapisywały je w swoich genach, być może zyskamy dostęp do zupełnie nowych rodzajów informacji.

DNA, zbudowane z molekularnych składników, które przechowują kod genetyczny niezbędny do życia, są także doskonałym narzędziem magazynowania danych. Shipman i jego zespół posłużyli się nową techniką edytowania genów zwaną CRISPR-Cas. Użyli dwóch białek prostych, żeby umieścić informację w DNA bakterii pałeczki okrężnicy (łac. Eschericha coli). Informacja została zapisana w formie nukleotytów, czyli podstawowych składników strukturalnych DNA.

Budowa całego kodu, jeśli podzielić go na sekwencje i odczytać, odnosi się do poszczególnych pikseli każdego kolejnego obrazu lub klatki filmowej.

Rezultat prac został właśnie opublikowany w czasopiśmie „Nature”.

Sukces tego przedsięwzięcia jest wart odnotowania z kilku powodów. Po pierwsze, okazuje się, że naukowcy bardzo dobrze poznali działanie i znajdują coraz lepsze zastosowana dla systemu CRISPR-Cas. Po drugie, przedsięwzięcie pokazuje, że możemy już zapisać, a następnie pozyskać i odczytać dane, które uporządkowane są konkretnej w sekwencji czasowej – tak jak kamera filmowa jest w stanie pokazać nam nie tylko co się stało, ale też w jakim czasie (jak długo, w jakiej kolejności) się to działo.

– Jeśli te komórki będą pozyskiwały dla nas dane w środowisku, do którego je wprowadzimy, będziemy musieli panować nad czasem jej pracy, jak ma to miejsce w przypadku każdego rejestratora – mówi Shipman.

Dla przykładu, wyobraźmy sobie zmodyfikowaną bakterię, która posiada czujniki nastawione na rejestrację konkretnej substancji zanieczyszczającej dane środowisko. Kiedy bakteria go rozpozna, odnotowuje to w swoim genomie. Kiedy jednak będziemy później ją sprawdzać, musimy wiedzieć, kiedy dokładnie nastąpiło zetknięcie, aby poprawnie wytropić ten polutant.

Tak uformowane mikroby mogą być także użyte do tego, by lepiej zrozumieć nasze ciało. Shipman ma daleką idącą wizję, w której za pomocą tej technologii możemy zapisać działanie każdej komórki w naszym mózgu. To mogłoby pomóc naukowcom w zrozumieniu, co dzieje się w mózgu podczas jego codziennej pracy – jak dotąd pozostaje to w dużej mierze zagadką dla neuronauki.

Potencjalnie, specjalnie przygotowane bakterie mogłyby nawet być użyte do wykrywania chorób we wczesnym stadium, odnotowując wszystkie niewielkie nawet zmiany w strukturze i funkcjonowaniu komórek.

To jednak należy do przyszłości – nie wcześniejszej niż za około pięć lat. Teraz zadaniem zespołu Shipmana jest ustalenie tego, jak zmusić bakterię do samodzielnego zapisu konkretnych danych. W dotychczasowych badaniach naukowcy dobrze wiedzieli, co ma być zapisane w DNA – robili to w końcu sami. Teraz badacze skupiają swoje siły na tym, żeby bakteria zapisała informację, której badacze jeszcze nie znają.

Głównym celem badań jest przemiana bakterii w mikroskopijną kamerę filmową, która będzie mogła obserwować nas i otaczający nas świat. Może to przynieść niezwykle wartościowe rezultaty.

Badania opublikowano w czasopiśmie „Nature” - doi:10.1038/nature23017

Opracowano na podstawie artykułu Researcheres used CIRSPR to encode a movie into DNA umieszczonego w serwisie Popular Science.