CRISPR 最為人所知的是它是一種強大的基因編輯工具的基礎。但首先，它是一種細菌用來對抗病毒的防禦機制。受這種精妙的自然系統的啟發，研究人員現在為它創造了另一種科學應用——一種微小的“磁帶記錄儀”，可以在細菌 DNA 鏈上記錄生物訊號。
研究人員認為，這種微生物記錄儀最終可用於感知身體機能的異常，例如消化，用於測量海洋中的汙染物水平或檢測土壤中的養分變化。它的工作原理與許多細菌和其他單細胞生物中的天然 CRISPR 系統非常相似，只是它檢測的訊號不同。
CRISPR 是一種 DNA 序列，它會製作並儲存細菌遇到的病毒的遺傳記錄，命令細菌殺死任何試圖再次感染細菌或其後代的病毒。天然 CRISPR 系統會記住病毒 DNA，而新的應用可以跟蹤各種生化訊號。例如，這些細菌記錄儀可以檢測人腸道中巖藻糖的存在，表明存在感染。
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當細菌感知到指定的訊號時，它會建立許多稱為觸發 DNA 的副本，然後將其記錄在其遺傳“磁帶”的一端。在沒有指定訊號的情況下，磁帶會繼續記錄，記錄細胞中晃動的其他 DNA 片段的“背景噪聲”。這些背景訊號充當記錄的時間戳。哥倫比亞大學的科學家在 2017 年 12 月發表在《科學》雜誌上的一項研究中報告了這些發現。
研究人員建議，可以將數百萬個配備了該工具副本的細菌部署在人體或環境中，它們將在那裡被動記錄，直到從糞便或土壤樣本中回收並讀取磁帶。與大多數以前的生物記憶系統不同，這個系統完全受細菌細胞的控制。
“DNA 是響應環境變化而自行寫入的，而在之前的工作中，你有點像一個牽線木偶師，展示了 DNA 可以被寫入——但有人在拉線，”斯坦福大學的合成生物學家 Drew Endy 說，他沒有參與這項研究。
儘管這項技術僅在實驗室中進行了測試，但該團隊表明，它可以連續三天在大腸桿菌細胞群體中連續記錄三個不同的訊號。
記錄能力隨著時間的推移而下降，可能是因為作為磁帶記錄儀執行不會帶來任何生存益處，Endy 說。他還指出，訊號需要存在六個小時才能使該工具可靠地記錄它，這可能對於檢測轉瞬即逝的訊號來說太長了。哥倫比亞大學的合成生物學家兼該研究的高階研究員 Harris Wang 希望在未來的工作中加快這一過程。