CRISPR gebruikt voor de bouw van een biologische harde schijf uit levende bacteriën

0
32

Harvard scientists have found a way to store information on the DNA of living bacteria

Harvard wetenschappers hebben een manier gevonden om informatie op te slaan op het DNA van levende bacteriën

(Credit: destinacigdem/Depositphotos)

Harde schijven op een dag zal lijken als primitief als ponskaarten of een diskette, en het kan blijken dat het medium dat hen vervangt binnen ons was alles samen: het DNA. Er is een verbijsterende hoeveelheid gegevens natuurlijk opgeslagen in het genoom van elk organisme, met een dichtheid en duurzaamheid ver boven onze beste inspanningen. Nu een Harvard-team heeft een biologische harde schijf, met behulp van de CRISPR-gen-editing tool voor het vastleggen van informatie en het ophalen van) het genoom van levende bacteriën.

Wetenschappers hebben geprobeerd te boren in de opslag potentieel van DNA voor een jaar. In 2012, Harvard genetica professor George Church gecodeerd 70 miljard kopieën van zijn boek op het DNA, en later, onderzoekers van Microsoft en de Universiteit van Washington brak een nieuw record door de opslag van 200 MB gegevens op worden opgeslagen in het DNA. Vorig jaar, Kerk en ontwikkelde met zijn team een moleculaire recorder gebaseerd op het CRISPR-systeem, dat het eenvoudiger maakt om het lezen en schrijven van gegevens naar en van het genoom van de bacterie.

Oorspronkelijk was de technologie werd ontwikkeld om wetenschappers te helpen bij het bijhouden van de ontwikkeling van de cellen, door het schrijven van kleine, maar duidelijke veranderingen aan het genoom. Maar het creëren van een data-opslag apparaat uit van bacteriën is een veel grotere onderneming, zodat de onderzoekers uit om te testen hoe goed hun techniek werken voor het coderen van meer complexe informatie.

“Zo veelbelovend als dit was, we wisten niet wat er zou gebeuren wanneer we geprobeerd om een track over 100 sequenties in één keer, of als het zou werken,” zegt Seth Shipman, eerste auteur van de studie. “Dit was van cruciaal belang, omdat we willen gebruik maken van dit systeem om complexe biologische gebeurtenissen als het ultieme doel.”

Terwijl het is synoniem geworden met het gen-editing tool, CRISPR is het natuurlijke afweermechanisme van bacteriën. Wanneer een virus, een bacterie, monsters van het virale DNA zijn vastgelegd en opgeslagen in de bacterie in het genoom als korte “spacer” – sequenties, en de volgende keer dat u de bug tegenkomt die stam van het virus, dit “geheugen” helpt het immuunsysteem eiwit Cas9 bestrijden van de infectie sneller.

Individuele pixels van elke afbeelding werden vertaald in stukjes DNA-code, alsmede de volgorde waarin elk frame moet worden weergegeven, waardoor de digitale gegevens worden opgeslagen in het genoom van levende bacteriën

(Credit: Wyss Institute aan de Universiteit van Harvard )

Aangezien dit proces is in feite het schrijven van nieuwe informatie aan het genoom, de Harvard-team zich een weg te kapen, tricking de Cas1 en Cas2 eiwitten in het opslaan van specifieke informatie in deze afstandhouders. In dit geval worden de gegevens bestond uit een digitale afbeelding van een menselijke hand, en een korte video van een galopperend paard.

“We hebben de strategieën die in wezen is het vertalen van de digitale informatie in elke pixel van een afbeelding of frame het frame nummer in een DNA-code, die, met extra sequenties, is opgenomen in afstandhouders,” zegt Shipman. “Elk frame wordt dus een verzameling van afstandhouders. We worden dan spacer collecties voor opeenvolgende frames chronologisch op een populatie van bacteriën die met behulp van Cas1/Cas2 activiteit, toegevoegd aan de CRISPR-arrays in hun genoom. En na het ophalen van alle arrays weer van de bacteriële populatie door middel van DNA-sequencing, we waren eindelijk in staat om te reconstrueren alle frames van het galopperende paard film en de volgorde waarin ze verschenen.”

Het team is van plan om verder ontwikkelen van de technologie aan het verbeteren van het gebruik voor de opslag van gegevens, evenals het oorspronkelijke doel van het bijhouden van de cel verandert in de tijd.

De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature, en de onderzoekers beschrijven hun werk in de video hieronder.

Bron: Harvard