網際網路使用者有多種格式選項來儲存他們的電影，生物學家現在也加入了進來。研究人員已經使用 微生物免疫系統 CRISPR–Cas 將一部電影編碼到大腸桿菌細菌的基因組中。
這項技術成就於 7 月 12 日在Nature雜誌上報道，是建立能夠編碼一系列事件的細胞記錄系統邁出的一步，哈佛醫學院合成生物學家 Seth Shipman 在馬薩諸塞州波士頓說道。在研究大腦發育時，Shipman 因缺乏捕捉大腦細胞如何獲得不同身份的技術而感到沮喪。這啟發他探索製造細胞記錄器的可能性。
“細胞可以特權訪問各種資訊，”他說。“我希望這些分子記錄能夠在發育中的神經系統中發揮作用並記錄資訊。”
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CRISPR 片段
然而，為了開發這樣的系統，他的團隊需要建立一種在細胞中記錄數百個事件的方法。Shipman 和他的同事，包括哈佛大學遺傳學家 George Church，利用了 CRISPR–Cas 免疫系統，該系統以使研究人員能夠相對容易和準確地改變基因組而聞名。
Shipman 的團隊利用了 捕獲入侵病毒的 DNA 片段 並將它們儲存在宿主基因組中有組織的陣列中的能力。在自然界中，這些片段然後靶向一種酶來切割入侵者的 DNA。（遺傳學家通常利用這種靶向 DNA 切割進行基因編輯。）
該團隊設計了他們的系統，使這些片段對應於影像中的畫素。研究人員將每個畫素的陰影——以及指示其在影像中位置的條形碼——編碼為 33 個 DNA 字母。電影的每一幀由 104 個這樣的 DNA 片段組成。
手的影像（左）被編碼到細菌 DNA 中，然後在細菌生長數代後被提取出來（右）。圖片來源： Seth Shipman
研究人員選擇的電影由五個幀組成，這些幀改編自英國攝影師 Eadweard Muybridge 的Human and Animal Locomotion系列。照片顯示了一匹名為 Annie G. 的母馬在 1887 年疾馳。
該團隊以每天一幀的速度將 DNA 引入大腸桿菌，持續五天。然後，研究人員對細菌種群中的 CRISPR 區域進行測序，以恢復影像。由於 CRISPR 系統按順序新增 DNA 片段，因此陣列中每個片段的位置可用於確定片段所屬的原始幀。
編碼革命
該系統離成為 Shipman 在研究大腦時夢想的記錄器還很遙遠。瑞士聯邦理工學院 (ETH) 蘇黎世分校生物工程師 Randall Platt 在巴塞爾指出，要達到這一點，還需要大量的技術進步。由於沒有單個細胞從每一幀中獲取多個 DNA 片段，因此電影的資訊儲存在細胞群體中。而且還沒有人將 CRISPR 陣列轉移到哺乳動物細胞中。“它充滿了侷限性，但這是他們正在做的開創性工作，”他說。“這很優雅。”
其他 CRISPR–Cas 系統可以將 RNA 轉化為 DNA，然後將其插入 CRISPR 陣列 [2]。Platt 指出，這可能為使用陣列跟蹤基因表達開啟大門，而無需開啟細胞來移除其 RNA。
北卡羅來納州達勒姆半導體研究公司的首席科學家 Victor Zhirnov 稱這項工作“具有革命性”，並希望在他的研究基金會開始嘗試這項技術。“這就像 1903 年飛行的第一架飛機：它只是一個好奇的東西，”Zhirnov 說。“但從那以後十年，我們有了幾乎像今天一樣的飛機。”
本文經許可轉載，並於 2017 年 7 月 12 日首次釋出。