Общ

Биолозите качват GIF скачащ GIF в ДНК на живите бактерии


Изследователите от Харвард наскоро кодираха GIF изображение в ДНК на жив организъм. Изследването е публикувано на 12 юли от Nature.

GIF, извлечен от фрагментите на ДНК, имплантирани в клетките на живи бактерии, заедно с оригиналното изображение. [Източник на изображението:Харвардски университет чрез GIPHY]

Има множество начини за съхранение на цифрови медии - USB стикове, SD карти, DVD - списъкът може да продължи още известно време. Сега ДНК се присъедини към редиците.

Изчисляването на ДНК се развива бързо и скоро може да побере цялата поредица от Междузвездни войни, всички любими мелодии и всяка снимка на котка, която някога сте виждали в малко устройство, което е невидимо с просто око. Екипът на Харвардския университет, воден от генетик Джордж Чърч, осъзнава огромните възможности за съхранение на ДНК след успешно вграждане на поредица от снимки в ДНК на живи бактерии.

Избраните за кодиране в ДНК пет кадъра изследователи са един от най-ранните записи, правени някога от британския фотограф Eadweard Muybridge. Поредицата от снимки изобразява кобила на име Ани Г., докато препуска в галоп през 1887 г. Като един от първите записи на биологично животно, избраните изображения са заповед и нещо като продължение на работата на Мюбридж.

Неотдавнашната публикация на Church и работата на неговите колеги е великолепен напредък в молекулярните записи. Работата е подобрение на предишни техники за кодиране на ДНК, които бяха разрушителни за клетката гостоприемник.

Предишни записи на ДНК

От няколко години изследователите разработват скъпи и натрапчиви методи, които събират ДНК на живи организми, за да съхраняват цифрови данни извън клетките гостоприемници. Не е изненадващо, че клетките са повредени в процеса и незабавно умират след екстракцията.

Изследователите от Харвард променят начина, по който данните се записват върху ДНК, като разработват техники, които позволяват на живите клетки да носят и възпроизвеждат данни през целия си живот. Новата техника дава възможност на учените да програмират живи клетки и да използват информацията по всяко време, без да нарушават жизнения цикъл на клетките.

Кодиране на ДНК на живо с цифрови данни

Още през 2016 г. съвместен екип от Института за биологично вдъхновение Wyss и Медицинското училище в Харвард (HMS), воден от генетик Джордж Чърч, построи първия молекулярен рекордер, базиран на системата CRISPR. Техниката позволи на изследователите да кодират данни в генома на живите бактерии - в този случай Е. coli.

„Колкото и обещаващо да беше това, не знаехме какво ще се случи, когато се опитаме да проследим около 100 последователности наведнъж или дали изобщо ще работи. Това беше критично, тъй като се стремим да използваме тази система за записване на сложни биологични събития като наша крайна цел “, каза Сет Шипман, постдокторант, работещ с Църквата и първият автор на изследването.

Сега, една година по-късно, същите изследователи доказаха функционалността на системата CRISPR. Новият подход позволява на изследователите да кодират последователно сложна информация като филм.

Как работи CRISPR

Системата CRISPR е мощен инструмент, който учените използват за прецизно редактиране на геноми. В природата системата работи, като кодира информация за инвазивни вирусни геноми (по същество инструкциите, които вирусите инжектират в ДНК последователности, за да подлъжат клетките да репликират други вирусни тела). Специфични протеини в тялото могат да разпознаят натрапчивия код и да го редактират чрез нарязване на заразената ДНК нагоре, извличане на измамните инструкции.

Изследователите използват същата техника, за да намерят специфични вериги на ДНК и да ги имплантират с вериги, съдържащи програмирани данни.

Процесът започва чрез инжектиране на протеин, който действа като молекулярен скалпел върху ДНК. Протеинът първо се прикрепя към РНК последователност (рибонуклеинова киселина - нуклеинова киселина с основната роля да носи инструкции за кодиране и декодиране на специфични геноми).

РНК последователността, имплантирана в протеина, съвпада с изследователите на ДНК последователност, които имат за цел да редактират. Поставяйки го в протеина, той може да разпознае и да се прикрепи към определено място по протежение на веригата на ДНК. Оттам, веднъж прикрепена към целевата ДНК, химическа реакция разделя веригата на ДНК. След това разделената ДНК се вмъква с нов дистанционер, съдържащ кодираните данни.

Преди това техниката се използва за редактиране на ДНК последователности, които предоставят РНК информация за разпознаване, насочване и унищожаване на вирусни геноми, вмъкнати от вируси. Вместо инструкциите за търсене и унищожаване на вирусни геноми, вместо това изследователите имплантират кодирана информация в ДНК вериги, които по-късно могат да бъдат извлечени като изображение.

Картина, изобразяваща стъпките на CRISPR, създаващи имунитет срещу вирусни геноми. Същите стъпки се използват за кодиране на информация в ДНК верига чрез разделяне на последователността и вмъкване на дистанционер, пълен с данни. [Източник на изображението:Харвардския университет]

В неотдавна публикуваната работа учените използват CRISPR имунната система, за да кодират поредица от изображения в нишките на ДНК.

Изследователският екип въведе кодираната им ДНК в бактериите на Е. coli с удивително бавна скорост от един кадър на ден в продължение на пет дни. Тъй като системата CRISPR последователно вмъква кодираните фрагменти на ДНК, като изследва позицията на всеки фрагмент по ДНК веригите, изследователите могат да определят позицията на всеки пиксел.

„Проектирахме стратегии, които по същество превеждат цифровата информация, съдържаща се във всеки пиксел на изображение или кадър, както и номера на кадъра в ДНК код, който с допълнителни последователности е включен в дистанционни елементи. По този начин всеки кадър се превръща в колекция от дистанционни елементи “, каза Шипман. „След това предоставихме колекции от разделители за последователни рамки хронологично на популация от бактерии, които, използвайки активността Cas1 / Cas2, ги добавиха към масивите CRISPR в своите геноми. И след като извлечихме отново всички масиви от бактериалната популация чрез секвениране на ДНК, най-накрая успяхме да реконструираме всички кадри от филма за галопиращия кон и реда, в който се появиха “, казва Сет Шипман, постдокторант, подпомагал Църквата в изследванията.

Всеки пиксел е етикетиран и кодиран последователно в ДНК верига, което позволява на изследователите да извличат и декодират информацията. [Източник на изображението: Харвардския университет]

Кодиране на бъдещето на човечеството в ДНК

Това е сложна технология, въпреки че позволява на изследователите да насочват и прецизно да вмъкват набори от данни в ДНК на живите организми, без да увреждат клетките в процеса.

„В това проучване ние показваме, че два протеина от системата CRISPR, Cas1 и Cas2, които сме проектирали в инструмент за молекулярен запис, заедно с ново разбиране на изискванията за последователност за оптимални дистанционни елементи, позволяват значително разширен потенциал за придобиване спомени и ги депонира в генома като информация, която може да бъде предоставена от изследователи отвън или която в бъдеще може да се формира от естествените преживявания на клетките “, обяснява Църква. Той продължава,

„По-нататък, този подход може да представи начин за насочване на различни видове живи клетки в естествената им тъканна среда, за да запише формативните промени, които претърпяват, в синтетично създадена гореща точка на паметта в техните геноми.“

Изследователите се надяват, че техниките могат да се използват като средство за записване на жизненоважна информация за това как функционират органите и другите телесни системи.

„Един ден може да успеем да проследим всички решения за развитието, които диференциращият неврон взема от ранна стволова клетка до високоспециализиран тип клетки в мозъка, което води до по-добро разбиране на това как са основните биологични процеси и процеси на развитие. в хореография “, казва Шипман.

Може би в бъдеще методите ще помогнат на медицинските специалисти да открият ранното начало на заболяването и да разберат по-добре вътрешната работа на тялото. По същество това е начин за хората да се свързват и взаимодействат с човешкото тяло на молекулярно ниво. Или, може би малко по-причудливо, програмирайте филми в собственото си живо тяло.

Изследванията са все още в зародиш, въпреки че това е обещаваща област на изследване, която прави революция в начина, по който лекарите взаимодействат с човешкото тяло.

Чрез„Харвардски вестник“

ВИЖТЕ СЪЩО: Инженер-изследовател E. coli Бактерии за създаване на изображения на Супер Марио

Написано от Maverick Baker


Гледай видеото: 20 animated pokemon evolution gifs (Юни 2021).