Elusbakterid kui "videosalvesti"

Teadlased muudavad elavad rakud piltide ja filmide andmekogudeks

Selle rüüstava hobuse pildi on USA teadlased talletatud elusatesse bakteritesse - isegi videona. © Seth Shipman
ettelugemist

Rakud andmesalvestusena: USA teadlased on elusate bakterite genoomis esimest korda säilitanud foto ja isegi filmi. Selleks kodeerisid nad kujutise teabe DNA tükkidena, mille rakud ehitasid oma geneetilisse materjali. Rakkude DNA sekveneerimise abil saaks andmeid meelde tuletada, nagu väidavad teadlased ajakirjas "Nature". See avab täiesti uued võimalused bioloogiliste andmete säilitamiseks.

Teadlased on pikka aega katsetanud DNA kasutamist andmekandjana. Kuna need on kodeeritud baasidena, on võimalik oluliselt suurema andmetihedusega mälu kui tavalistes arvutites - ja need oleksid palju vastupidavamad kui tavalised andmekandjad. Siiani loodi selline DNA talletamine enamasti in vitro ja loeti uuesti - niiöelda katseklaasis.

Alasti DNA asemel elusad rakud

Kuid Harvardi ülikooli Seth Shipman ja tema kolleegid on astunud sammu edasi, muutes elusad bakterirakud andmehoidlateks. "See võimaldab meil luua organisme, kes võtavad teavet ise, salvestavad ja edastavad seda pikka aega, " selgitavad teadlased.

See on võimalik tänu geneetilisele tööriistale, mida paljud bakterid loomulikult omavad: süsteemile CRISPR / Cas9. Mikroobid kasutavad neid geenikäärid sissetungivate viiruste genoomi geenilõikude eraldamiseks ja nende enda DNA-sse sisestamiseks. Need DNA pakendid pakuvad bakteritele omamoodi mälu ja aitavad neil tulevasi viiruse rünnakuid tõhusamalt ära hoida.

DNA-paketid kodeerivad pildiandmeid

Teadlased on seda bakteri DNA säilitamist nüüd oma eesmärkidel ära kasutanud. Selleks kodeerisid nad käe mustvalge pildi kujutise teabe DNA-aluste jadana. Kõik 28 DNA alust salvestasid piksli andmeid, kokku kodeeriti 784 baiti teavet. Laboris genereeritud DNA ahelad kohandati struktuurilt tüüpiliste DNA pakenditega, mille bakterid tekitasid CRISPR abil. kuva

Foto käest enne ja pärast bakteriraku päästmist ja taastumist. Seth laevamees

Seejärel süstitakse need pakid Escherichia coli bakterite populatsiooni rakkudesse. Seejärel hoiti mikroobid kultuuris ühe päeva jooksul normaalsena. Siis võtsid teadlased mõned bakterirakud ja sekveneerisid kogu nende geneetilise materjali. Kui bakterid oleksid võõr-DNA plaanipäraselt sisse viinud, peaks ta selle uuesti taastama.

Hämmastav hea kvaliteediga

Ja tõepoolest, teadlastel õnnestus taastada elavates rakkudes vahemällu salvestatud kujutiste teave ja see hämmastavalt täielikult: "88–96 protsenti pikslijärjestustest oli käeshoitavate piltide jaoks võimalik täpselt kätte saada". Teatage laevamehest ja tema kolleegidest. Käe rekonstrueeritud mustvalge pilt erines vaevalt originaalist.

Täiendavad analüüsid näitasid, et bakterid olid võõra DNA juba kahe tunni jooksul oma genoomi inkorporeerinud. Need andmed püsisid stabiilsena vähemalt kuus päeva, püsivad 48 bakteripõlvkonna jooksul. "See näitab, et see süsteem suudab elavate rakkude populatsiooni genoomis võtta ja salvestada praktiliselt kasutatavaid koguseid andmeid, " väidavad teadlased.

Isegi video läheb

Seda, et bakterid suudavad isegi filmiandmeid säilitada, kinnitab teadlaste teine ​​eksperiment. Selle jaoks muutsid nad viis videomaterjali galoppivast hobusest DNA-pakettideks. Sel viisil kodeeritud raamid andsid teadlastele aega bakterikultuuris - üks DNA pakett päevas. Selle tulemusel ehitasid rakud need andmed üksteise järel oma genoomi ja kodeerisid seega kaadrite õiget järjekorda.

Rüüstava hobuse animeeritud gif - enne ja pärast bakterirakudesse ladustamist. Seth laevamees

See toimis ka: "Saime rekonstrueerida iga kaadri ja ka kaadrite järjekorra, " teatavad Shipman ja tema kolleegid. Rekonstrueerimine oli lõpule viidud enam kui 90 protsenti. Mikroobide CRISPR-seadmed muudavad nad isegi elavateks videomagnetofonideks.

"Need tulemused tähistavad olulist edasiminekut DNA-põhisel andmete salvestamisel, saades elusrakkude bioloogilise masina teabe salvestamiseks, arhiveerimiseks ja jagamiseks, " kommenteerib Wyssi bioloogilise instituudi kaasasutaja Donald Ingber Harvardi ülikooli inspireeritud inseneriteadus. "See on veel üks näide bioloogiliselt inspireeritud insenerist." (Nature, 2017; doi: 10.1038 / nature23017)

(Wyss Bioloogiliselt Inspireeritud Inseneriteaduste Instituut Harvardis, 13.07.2017 - MTÜ)