Группа ученых из Гарвадского университета разработала метод, позволяющий при помощи технологии редактирования генома CRISPR/Cas производить запись двоичных данных, содержащих информацию об определенных событиях, произошедших внутри живой клетки. До последнего времени самый большой объем информации, которую удавалось «записать» в недра живой клетки, составлял всего 11 бит, меньше, чем требуется для кодирования двух символов в обычном компьютере. Гарвардские ученые сообщают, что записанные ими в геном бактерий 100 байт информации являются далеко не пределом, ведь в клетки простейших микроорганизмов, к примеру Sulfolobus tokodaii, можно записать более 3000 байт информации. Более того, специально выращенные синтетические бактерии, имеющие очень длинный генетический код, могут иметь информационный объем, сопоставимый с объемом современных жестких дисков.
Технология CRISPR/Cas работает, вырезая короткие участки ДНК из генома-донора, в качестве которого использовался геном одного из инфекционных вирусов. Эти участки вставляются в геном микроорганизма в определенных местах. Этот механизм, в котором также используются функции РНК, весьма напоминает механизм естественной защиты, который внедряет в геном живых клеток участки вирусного генома для того, чтобы обмануть настоящие вирусы, атакующие клетки.
Информация кодируется как раз в виде участков вирусной ДНК, так называемых олигомеров. При этом, новые вирусные участки внедряются в генетический код, замещая собой старые вирусные участки, это позволяет всему геному микроорганизма в целом сохранить свою работоспособность.
Для записи информации ученые использовали штамм бактерий E.Coli, ДНК которых уже содержало цепочки белковых последовательностей под названием Cas. Введенные в бактерию ферменты Cas1 и Cas2 обеспечили то, что соответствующие места в генетическом коде были замещены искусственными вирусными олигомерами строго в последовательности, с которой они вводились внутрь клетки.
Процесс чтения записанной информации заключается в проведении обратной процедуры, которая последовательно вырезает из ДНК участки синтетического кода. «По существу, считывая информацию, мы производим измерения изменений концентрации определенных нуклеиновых кислот» — пишут ученые, — «Более идеальным вариантом являлось бы использование промежуточных молекул РНК, и к этому мы, может быть, придем в недалеком будущем».
Одним из возможных областей применения разработанной ими технологии ученые считают создание бактерий, которые будут собирать информацию об условиях и о других микроорганизмах, существующих внутри некоторых органов, к примеру, в кишечнике человека. «Такие бактерии могут убить другие бактерии и микроорганизмы, оказавшиеся в непосредственной близости от них. Выпустив определенные ферменты, они могут расщепить ДНК умерщвленных микроорганизмов и сохранить некоторые из участков в собственном геноме, который позже можно будет извлечь и считать записанную в него информацию» — рассказывают ученые, — «Эта идея кажется безумной, но на свете есть бактерии, которые делают нечто подобное естественным путем».
Источник:
