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研究新成果:利用Crispr基因编辑技术 科学家将GIF动图转存到了活细菌上

研究新成果:利用Crispr基因编辑技术 科学家将GIF动图转存到了活细菌上

Xtecher编译 丨 前沿热点

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2017-07-13

  大琴

Xtecher特稿作者

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据外媒报道,最近一组科学家利用 Crispr 基因编辑技术,将一张“马赛克动图”编码植入到了活性细菌的 DNA 中。这项实验旨在展示基因存储的强大能力,研究详情已经发表在了近日出版的《自然》期刊上。

 

动图.gif

左边是“Anna G”马赛克动图的框架,它们被编码成核苷酸,并由Crispr基因编辑技术依次实验捕获,将其植入活性细菌的DNA当中;右边是多代细菌生长后的框架。/图片来源:Seth Shipman

 

科学家已经将GIF动图转存、嵌入到活细菌的DNA当中。未来,将信息嵌入我们的皮肤当中,这或许我们又近了一步。

 

实际上,使用DNA存储数据并不新鲜,我们早就已经听说过“基因能够储存大量信息”的概念。据Xtecher了解,此前也有科学家尝试过将近60万字的《战争与和平》小说嵌入其中,以及像斯瓦尔巴全球种子库的植物材料归档那样。不过它们都是合成DNA,而不是本次这样的活细菌DNA。

 

将信息存在活细菌DNA当中更加困难,因为细胞总是在变化。在《自然》期刊上发表的这篇文章中,科学家们利用细菌的自然防御系统,将Eadweard Muybridge的《Human and Animal Locomotion》(人类和动物运动)中的一张手的图和一个五帧的剪辑嵌入到了大肠杆菌当中。嵌入之后,它们完美地重构了图像,视频精确度达到90%。

 

人手.jpg

左边是人的手的形象,它被编码成核苷酸并被由Crispr基因编辑技术植入活细菌当中。右边是多代细菌生长后的图像,通过测序细菌基因组来恢复。

 

该技术利用基因编辑系统CRISPR,当病毒攻击细胞时,细菌使用这种防御机制来切断部分病毒的DNA并将其拷贝到自己的DNA当中。这基本使病毒DNA成为细菌细胞的一部分。同时,这些序列还可以记忆病毒的入侵,如果再次受到攻击的话,细胞可以直接出击并切断该升级版的病毒。

 

哈佛大学神经科学研究员,该研究的联合研究员Seth Shipman表示:“这些病毒攻击是按照与之相反的时间顺序进行记录的,因此,随着时间的推移,这些序列将成为所有入侵的、不同的病毒的活体物理纪录”。

 

研究员嵌入在大肠杆菌内的图像和视频由黑白像素组成。首先,科学家将像素编码成DNA,然后将这些DNA通过电流放入大肠杆菌的细胞当中。在细胞壁上打开一个小通道,跨细胞运行电流,然后DNA可以流入。在这里肠杆菌的CRISPR系统抓住了DNA并将其纳入自身的基因组。Shipman表示:“我们发现,如果我们让自己提供的序列看起来像是系统通常从细胞中获取的那样,这些序列通常会采取我们提供的编码。”

 

一旦信息嵌入细菌,下一步就是测序。因此,该研究小组对大肠杆菌的DNA进行了测序,并通过计算机程序运行序列,从而成功复制了原始图像。因此,您在文章一开头看到的“奔驰的骏马”就是计算机对DNA序列的测试,毕竟,我们不能用肉眼看到DNA。

 

图像和视频的选择并不是随机的,Shipma表示该团队希望参考一些人类曾经放在自然界中的原始形象,比如现在团队手中的洞穴画。Muybridge电影的五帧动图也是此次动态影像之一,图中一匹驰骋的骏马,这使用了20世纪70年代的新技术。Shipman表示,“我们还将以新的方式将信息编码到自然界,并尝试和测试新的东西”。

 

只是,到目前为止,这种方式无法处理大量的信息。文章一开始的动图只有36*26像素,如果我们想在合成DNA存储更长的电影和书籍,未来还有很长的路要走。


但使用活细菌编码存储的新方法打开了令人兴奋的大门,也证明了活细菌DNA存储的可能性。例如,我们可以使细胞记录附近环境中发生的情况。作为神经科学家,Shipman希望有一天可以将Crispr系统用于记录随时间发生的事件,例如神经元在大脑中的形成。是的,也许未来有一天,你可以将《权力游戏》嵌入你的皮肤当中。

 

据Xtecher了解,Crispr 被认为是下一个重大科学应用,它能够安全地切开一段 DNA,并将新基因材料拼接上去。其应用领域非常广泛,甚至在未来还能切除致病基因片段、添加健康材料,攻克癌症等等。


原文链接:https://www.theverge.com/2017/7/12/15959036/dna-storage-cell-crispr-gif-bacteria-information

所有版权属于原作者,本文仅出于传播资讯目的翻译转载。

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