Bilim adamları, canlı bir hücrenin DNA’sında bir GIF depolamak için CRISPR’ı kullandılar

Eadweard Muybridge, hem erken dönem sinemanın hem de bilimsel gözlemin öncüsüydü. Dörtnala giden bir atın ikonik klibi, hayvanın hareket halindeyken yerden dört toynağı kaldırıp kaldırmadığına dair bir iddiayı sonuçlandırmak için kullanıldı.

Bu atılımdan 130 yıldan fazla bir süre sonra, Muybridge, bilim adamları bu ikonik filmi başarıyla canlı hücrelerin DNA’sına kodladıklarından bir başkasının merkezinde yer alıyor. Sonuç, organik bir GIF olarak adlandırılan ve araştırmacıların canlı hücreler içinde var olabilen, gözlemleyebilen ve bilgiyi yakalayabilen bir “moleküler kayıt cihazı” olarak adlandırdığı şeyin ilk adımıdır.

Harvard Tıp Fakültesi’nde genetikçi olan sinirbilimci Seth Shipman, “Hücreleri tarihçilere dönüştürmek istiyoruz” dedi. “Günümüz teknolojilerinden çok daha küçük ve çok yönlü olan ve birçok olayı zaman içinde müdahaleci olmayan bir şekilde izleyecek bir biyolojik hafıza sistemi öngörüyoruz.”

Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) tarafından finanse edilen bilim adamları, CRISPR gen düzenleme teknolojisini kullanarak, herhangi bir keyfi sıralı bilginin – sadece genetik bilginin değil – bir genoma kodlanabileceğini kanıtlamak için yola çıktı. Bunu önce tek bir insan eli görüntüsüyle ve bir bakterinin bağışıklık savunmasının yardımıyla yaptılar.el

(Yukarıda: Solda, nükleotidlere kodlanmış ve canlı bakterilerde CRISPR-Cas adaptasyon sistemi tarafından yakalanmış bir insan elinin görüntüsü var. Sağda, bakteri genomlarının sıralanmasıyla elde edilen çok sayıda bakteri büyümesinden sonraki görüntü Kredi: Seth Shipman)

Bir bakteri bir virüs tarafından saldırıya uğradığında, hücreleri virüsün genetik kodunu kesmek ve işlemek için enzimler üretir. Bunu, istilacıyı hatırlamak için yapar, virüsün genetik kodunun bir kısmını alıp, piklere kafa koymak gibi, onu kendi genomuna ekler. Zaman geçtikçe bakterinin genomu büyür, virüslerden daha fazla genetik kod eklenir ve turna üzerine daha fazla kafa istiflenir.

Shipman ve meslektaşları, CRISPR sistemini kullanarak bu işlemi hacklediler. CRISPR-Cas9, virüsün genetik kodunu kesen bakterinin bağışıklık sistemindeki proteindir, Cas1 ve Cas2 ise viral DNA’yı genoma yerleştiren proteinlerdir. En önemlisi, bu proteinler DNA’yı karşılaştıkları sırayla ekler, yani bilim adamları sıralı bilgilerle özel olarak tasarlanmış E.Coli sentetik DNA ipliklerini besleyebilir – bu daha sonra kodu çözülebilir ve bir resim veya bir dizi çerçeveye dönüştürülebilir. bir animasyonda. Daha fazla bilgi için CRISPR ile ilgili tam açıklamamızı okuyun. Horse_GIF.gif

Kısa bir filmi DNA’ya kodlamak etkileyici olsa da, bilim adamları bir tür hücresel düzeyde Netflix uygulaması oluşturmayı planlamıyorlar. Muybridge klibi, CRISPR sisteminin canlı hücreleri kayıt cihazlarına çevirme, çevrelerinden bilgi çekme ve genomlarında sıralı bir kayıt tutma kapsamını göstermeyi amaçlamaktadır. Bu, hastalıkların modellenmesinden topraktaki kirletici seviyesinin izlenmesine kadar her şeyde kullanılabilir.

Özellikle heyecan verici bir uygulama nörolojidir. Shipman bir nörolog olarak eğitim aldı ve teknolojinin, araştırmacıların beynin gizemlerini çözmede önemli bir rol oynayabileceğine inanıyor – beyin aktivitesini ve beynin içindeki gelişimi kaydederek. Muybridge’in sinematik teknikleri, insanların insan gözü tarafından algılanamayan şeyleri görmelerine izin verirken, “moleküler kayıt cihazları” da bize şimdiye kadar gizlenmiş olanı bir an için verebilirdi.

Shipman, “Gelişim yoluyla beynin moleküler tarihini kaydetmek için nöronları kullanmak istiyoruz” dedi. “Böyle bir moleküler kayıt cihazı, beyindeki her hücreden, erişime gerek kalmadan, hücreleri doğrudan gözlemlemek veya genetik materyal veya proteinleri çıkarmak için sistemi bozmak zorunda kalmadan, er ya da geç beyindeki her hücreden veri toplamamıza izin verecek.”

Muybridge GIF, canlı hücrelerin DNA’sında ilk kez bir film kodlanırken, diğer bilim adamları genetik devreleri organik ZIP dosyaları gibi ele aldılar. Mart ayında, New York Genom Merkezi’ndeki bir çift araştırmacı, Bilim DNA moleküllerinde sıkıştırılmış dosyaların saklanması için ayrıntılı yöntemler.

Dosyaları DNA’nın nükleotid tabanlarına eşlenebilen ikili bir koda çeviren bir algoritmanın yardımıyla, araştırmacılar toplam altı dosyayı kodlayabildiler: 1948 akademik makale, Pioneer plaketi, işletim sistemi, virüs, 1895 filmi La Ciotat istasyonuna bir trenin gelişi… Ve 50 dolarlık bir Amazon hediye kartı.