Генетики из Гарварда разработали технологию, позволяющую превратить ДНК бактерий в устройство для записи и хранения информации. Бактерия может вести хронику встреч с вирусами, добавляя в свой геном фрагменты вирусных ДНК в хронологической последовательности.

Credit: Mulepati, S., Bailey, S.; Astrojan/Wikipedia/ CC BY 3.0
CRISPR и фрагмент ДНК
Культура E. coli — кишечной палочки, использованной для записи информации

Генетики из Гарварда разработали технологию, позволяющую превратить ДНК бактерий в устройство для хранения информации. Бактерия сможет записывать хронику встреч с вирусами, добавляя в свой геном фрагменты вирусных ДНК в хронологической последовательности.

Записывать генетическую информацию удавалось и раньше, но только в синтетический геном, а не в ДНК живого организма.

«Мы записываем информацию прямо в геном бактерии, — комментирует генетик Джефф Нивала, — и хотя пока объем информации, которую нам удалось закодировать, намного меньше объема информации, который можно «вписать» в синтетическую молекулу ДНК, мы считаем, что у нашего метода есть много потенциальных преимуществ».

В зависимости от методики подсчета, гарвардские генетики сохранили в бактериальном геноме от 30 до 300 байт информации. В предыдущих экспериментах с живыми клетками рекорд составлял около 11 бит.

Как и у людей, у бактерий есть уникальная иммунная система, которая называется CRISPR/Cas. Она работает, «вырезая» небольшие фрагменты ДНК вирусов и вставляя их в свою собственную последовательность генов. Чтобы прочитать летопись вирусных атак, нужно только секвенировать геном.

Ученые использовали бактерии E. Coli с упрощенной версией генома, которая содержала гены, кодирующие ферменты Cas1 и Cas2, необходимые для вырезания и добавления фрагментов ДНК, но не выполняла других иммунных функций. Такие бактерии сталкивали с разными вирусными ДНК, и сохраняли молекулярные «записи» о столкновениях, а затем ученые расшифровывали геном, чтобы получить хронику событий. Использование разных вариантов Cas1 и Cas2 позволяет создавать разные техники записи.

Исследователи предполагают, что эта техника позволит создавать бактерии — сенсоры, которые смогут записывать информацию о том, какие микроорганизмы присутствуют в данной среде. Такие сенсоры могут пригодиться при анализе почв, биома органов и атмосферы.