世界上最小的錄音機是由微生物構建的

通過一些巧妙的分子攻擊，哥倫比亞大學醫(yī)學中心的研究人員將天然細菌免疫系統(tǒng)轉變?yōu)轱@微數(shù)據(jù)記錄儀，為從疾病診斷到環(huán)境監(jiān)測等各種細菌細胞的新一類技術奠定了基礎。

研究人員修改了普通人類腸道微生物大腸桿菌的普通實驗室菌株，使細菌不僅可以記錄它們與環(huán)境的相互作用，還可以記錄事件的時間戳。

“患者吞下的這類細菌可能能夠記錄它們在整個消化道中所經(jīng)歷的變化，從而產(chǎn)生前所未有的現(xiàn)象，這是前所未有的現(xiàn)象，”病理學和細胞生物學與系統(tǒng)系助理教授Harris Wang說。 CUMC的生物學和新作品的資深作者，在今天的科學期刊中有所描述。其他應用可能包括環(huán)境感知和生態(tài)學和微生物學的基礎研究，細菌可以在不破壞周圍環(huán)境的情況下監(jiān)測其他不可見的變化。

Wang和他的實驗室成員利用CRISPR-Cas(多種細菌中的免疫系統(tǒng))創(chuàng)建了微觀數(shù)據(jù)記錄器。CRISPR-Cas從入侵病毒中復制DNA片段，以便后代細菌可以更有效地排斥這些病原體。結果，細菌基因組的CRISPR基因座累積了它及其祖先存活的細菌病毒的時間順序記錄。當這些相同的病毒再次感染時，CRISPR-Cas系統(tǒng)可識別并消除它們。

“CRISPR-Cas系統(tǒng)是一種天然的生物記憶設備，”王說。“從工程角度看，它實際上相當不錯，因為它已經(jīng)是一個通過進化磨練的系統(tǒng)，非常適合存儲信息。”

CRISPR-Cas通常使用其記錄的序列來檢測和切割進入的噬菌體的DNA。這種DNA切割活動的特異性使得CRISPR-Cas成為基因治療研究人員的寵兒，他們對其進行了修改，以便對培養(yǎng)細胞，實驗動物甚至人類的基因組進行精確改變。實際上，目前正在通過CRISPR-Cas基因療法治療各種疾病的十幾項臨床試驗正在進行中。

但是Wang的實驗室的研究生Ravi Sheth看到了CRISPR-Cas錄音功能的未實現(xiàn)潛力。“當你考慮用電子設備記錄時間變化的信號，或錄音......這是一項非常強大的技術，但我們在想如何將它擴展到活細胞本身呢?”Sheth說。

為了構建他們的顯微記錄儀，Sheth和Wang實驗室的其他成員修改了一塊稱為質粒的DNA，使其能夠在細菌細胞中產(chǎn)生更多的自身拷貝，以響應外部信號。單獨的記錄質粒驅動記錄器并標記時間，表達CRISPR-Cas系統(tǒng)的組件。在沒有外部信號的情況下，僅記錄質粒是活性的，并且細胞將間隔序列的拷貝添加到其基因組中的CRISPR基因座。當細胞檢測到外部信號時，另一個質粒也被激活，導致其序列被插入。結果是背景序列的混合，記錄時間和信號序列，這些序列根據(jù)細胞的環(huán)境而變化。

目前的論文證明該系統(tǒng)可以處理至少三個同時發(fā)出的信號并記錄數(shù)天。

“現(xiàn)在我們計劃研究在自然或疾病狀態(tài)，胃腸道系統(tǒng)或其他地方的變化可能會改變的各種標志物，”王博士說。

合成生物學家以前曾使用CRISPR在DNA中存儲詩歌，書籍和圖像，但這是CRISPR首次用于記錄細胞活動和這些事件的時間。

的科學論文題為“在1周時間的細胞事件的多重記錄成CRISPR生物膠帶”。

鄭重聲明：本文版權歸原作者所有，轉載文章僅為傳播更多信息之目的，如有侵權行為，請第一時間聯(lián)系我們修改或刪除，多謝。

推薦內容