CRISPR將活細胞轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)存儲設(shè)備

研究人員正在開發(fā)利用DNA(生物生命藍圖)作為合成原料的方法，使用昂貴的機器將大量數(shù)字信息存儲在活細胞外。但是，如果他們能夠像大量細菌一樣強迫活細胞使用他們自己的基因組作為生物硬盤驅(qū)動器，可以用來記錄信息，然后隨時可以利用它?這種方法不僅可以開辟數(shù)據(jù)存儲的全新可能性，還可以進一步設(shè)計成有效的記憶裝置，能夠記錄細胞在其發(fā)育過程中所具有的分子經(jīng)驗，或以時間順序暴露于壓力和病原體。

2016年，由Wyss核心學(xué)院成員George Church博士領(lǐng)導(dǎo)的Wyss生物啟發(fā)工程研究所和哈佛醫(yī)學(xué)院(HMS)的團隊建立了**個基于CRISPR系統(tǒng)的分子記錄器，該系統(tǒng)允許細胞獲得按時間順序提供的DNA編碼信息，在細菌基因組中產(chǎn)生它們作為細胞模型的記憶?？梢哉{(diào)用作為CRISPR基因座中的序列陣列存儲的信息，并用于重建事件的時間線。然而，“盡管如此，我們不知道當(dāng)我們試圖同時跟蹤大約一百個序列時會發(fā)生什么，或者它是否會起作用。這是至關(guān)重要的，因為我們的目標是使用這個系統(tǒng)記錄復(fù)雜的生物事件作為我們的最終目標，“Seth Shipman博士說，

現(xiàn)在，在Nature發(fā)表的一項新研究中，同一團隊在基礎(chǔ)原理驗證實驗中表明，作為首創(chuàng)方法進一步發(fā)展的CRISPR系統(tǒng)能夠?qū)⑿畔⒕幋a為數(shù)字化的復(fù)雜信息。人類手的形象，讓人想起早期人類在洞穴墻壁上繪制的**批畫作，以及在活細胞中制作的**部電影的序列，一匹奔馬的圖像。

CRISPR系統(tǒng)可幫助細菌產(chǎn)生免疫力，抵御不同環(huán)境中持續(xù)不斷的病毒襲擊。作為幸存感染的記憶，它捕獲病毒DNA分子并從中產(chǎn)生短的所謂“間隔”序列，其作為位于細菌基因組的CRISPR基因座中的增長陣列中的先前元件的上游添加?，F(xiàn)在**的CRISPR-Cas9蛋白質(zhì)不斷轉(zhuǎn)向這種記憶，以便在它們返回時摧毀相同的病毒。除了已成為廣泛使用的基因組工程工具的Cas9之外，CRISPR系統(tǒng)的其他部分迄今尚未在技術(shù)上被大量開發(fā)。

“在這項研究中，我們展示了我們已經(jīng)設(shè)計成分子記錄工具的CRISPR系統(tǒng)Cas1和Cas2的兩種蛋白質(zhì)，以及對**間隔物的序列要求的新理解，使得獲得的顯著擴大的潛力成為可能?；貞洸⑺鼈兇娣旁诨蚪M中 - 作為可以由外部研究人員提供的信息，或者將來可以通過細胞的自然體驗形成的信息，“Church，同時也是Robert Winthrop遺傳學(xué)教授在哈佛醫(yī)學(xué)院和哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院的健康科學(xué)和技術(shù)教授?！斑M一步利用，

為了在更大的尺度上處理復(fù)雜信息，該團隊采用了靜止和移動圖像，因為它們代表了受約束和明確定義的數(shù)據(jù)集，而電影則提供了細菌隨著時間的推移逐幀獲取信息的機會?！拔覀冊O(shè)計的策略基本上將圖像或幀的每個像素中包含的數(shù)字信息以及幀編號轉(zhuǎn)換為DNA代碼，并且通過附加序列將其合并到間隔物中。因此，每一幀都成為一個間隔物的集合，“該研究的**作者塞思希普曼說?！叭缓?，我們按時間順序為細菌群提供連續(xù)框架的間隔物集合，使用Cas1 / Cas2活性將它們添加到基因組中的CRISPR陣列中。

在實現(xiàn)分子記錄的這一新概念的同時，Shipman與第二作者和博士后研究員Jeff Nivala博士在分析過程中定義了一系列有價值的要求，這些要求使得間隔序列可能更容易獲得，并確定了序列阻止它們被收集到不斷增長的CRISPR陣列中的功能 - 間隔設(shè)計的注意事項和注意事項。

在未來的工作中，該團隊將專注于在其他細胞類型中建立分子記錄設(shè)備，并進一步設(shè)計系統(tǒng)，以便記憶生物信息?！坝幸惶欤覀兛赡苣軌蜃裱只窠?jīng)元從早期干細胞到大腦中高度特化的細胞類型的所有發(fā)育決策，從而更好地理解基本的生物和發(fā)育過程是如何經(jīng)過精心設(shè)計，“希普曼說，除了教會之外，還有神經(jīng)生物學(xué)家和共同作者杰弗里麥克利斯博士，哈佛大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的Max和Anne Wien教授以及干細胞和再生生物學(xué)教授。 。一旦適應(yīng)特定的范例，該方法還可以產(chǎn)生更好的方法來產(chǎn)生用于再生療法的細胞，