Исследователи из Медицинского центра Колумбийского университета (CUMC) в США успешно модифицировали естественную иммунную систему кишечной бактерии человека Escherichia coli, превратив её в аналог молекулярного магнитофона, который можно использовать для отслеживания сигналов и времени. Дальнейшие усилия учёных открывают путь к созданию новых технологий, которые в будущем смогут использовать бактериальные клетки для диагностики заболеваний и мониторинга окружающей среды.
Взломанные бактерии теперь могут реагировать на химические изменения в окружающей среде и затем «ставить метки времени» в ДНК. «Такие бактерии, проглоченные пациентом, могут регистрировать изменения, которые они испытывают во всем пищеварительном тракте, что дает беспрецедентное представление о ранее недоступных явлениях», - пояснил Харрис Ван из Медицинского центра Колумбийского университета, старший автор научной статьи.
Ученые использовали систему редактирования генов CRISPR-Cas в бактерии Escherichia coli , чтобы записывать данные, то есть генетическую информацию вирусов, в бактерии. CRISPR-Cas — это встроенная иммунная система некоторых бактерий, которая хранит фрагменты ДНК вирусов, атаковавших бактерию, для обнаружения и обеспечения устойчивости к дальнейшим атакам подобных вирусов.
«Система CRISPR-Cas - это естественное устройство биологической памяти. С инженерной точки зрения это действительно неплохо, потому что это уже система, отточенная в ходе эволюции, чтобы действительно хорошо хранить информацию », - говорит Харрис Ван.
Рави Шет, аспирант лаборатории Вана и соавтор статьи, говорит: «Когда вы думаете о записи изменяющихся во времени сигналов с помощью электроники или аудиозаписи ... это очень мощная технология, но мы думали, как вы можете масштабировать это для самих живых клеток? »
Тогда ученые модифицировали кольцевую ДНК, называемую плазмидами, в бактериях, чтобы хранить время и события вторжения в своей библиотеке данных. После сохранения данных, чтобы превратить их в записывающее устройство , то есть для хранения этих действий в последовательности, команда использовала механизм захвата спейсеров CRISPR-Cas, чтобы объединить их в последовательность и интерпретировать ее как меру времени.
CRISPR ранее использовался синтетическими биологами для хранения стихов, книг и изображений в ДНК, но это первый раз, когда CRISPR был использован для записи клеточной активности и времени этих событий.
«Теперь мы планируем изучить различные маркеры, которые могут измениться при изменениях естественных или болезненных состояний, в желудочно-кишечной системе или в других местах», - сказал Ван.
