互联网用户有多种格式选项来存储他们的电影，生物学家现在也加入了进来。研究人员已经使用 微生物免疫系统 CRISPR–Cas 将一部电影编码到大肠杆菌细菌的基因组中。
这项技术成就于 7 月 12 日在Nature杂志上报道，是创建能够编码一系列事件的细胞记录系统迈出的一步，哈佛医学院合成生物学家 Seth Shipman 在马萨诸塞州波士顿说道。在研究大脑发育时，Shipman 因缺乏捕捉大脑细胞如何获得不同身份的技术而感到沮丧。这启发他探索制造细胞记录器的可能性。
“细胞可以特权访问各种信息，”他说。“我希望这些分子记录能够在发育中的神经系统中发挥作用并记录信息。”
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
CRISPR 片段
然而，为了开发这样的系统，他的团队需要建立一种在细胞中记录数百个事件的方法。Shipman 和他的同事，包括哈佛大学遗传学家 George Church，利用了 CRISPR–Cas 免疫系统，该系统以使研究人员能够相对容易和准确地改变基因组而闻名。
Shipman 的团队利用了 捕获入侵病毒的 DNA 片段 并将它们存储在宿主基因组中有组织的阵列中的能力。在自然界中，这些片段然后靶向一种酶来切割入侵者的 DNA。（遗传学家通常利用这种靶向 DNA 切割进行基因编辑。）
该团队设计了他们的系统，使这些片段对应于图像中的像素。研究人员将每个像素的阴影——以及指示其在图像中位置的条形码——编码为 33 个 DNA 字母。电影的每一帧由 104 个这样的 DNA 片段组成。
手的图像（左）被编码到细菌 DNA 中，然后在细菌生长数代后被提取出来（右）。图片来源： Seth Shipman
研究人员选择的电影由五个帧组成，这些帧改编自英国摄影师 Eadweard Muybridge 的Human and Animal Locomotion系列。照片显示了一匹名为 Annie G. 的母马在 1887 年疾驰。
该团队以每天一帧的速度将 DNA 引入大肠杆菌，持续五天。然后，研究人员对细菌种群中的 CRISPR 区域进行测序，以恢复图像。由于 CRISPR 系统按顺序添加 DNA 片段，因此阵列中每个片段的位置可用于确定片段所属的原始帧。
编码革命
该系统离成为 Shipman 在研究大脑时梦想的记录器还很遥远。瑞士联邦理工学院 (ETH) 苏黎世分校生物工程师 Randall Platt 在巴塞尔指出，要达到这一点，还需要大量的技术进步。由于没有单个细胞从每一帧中获取多个 DNA 片段，因此电影的信息存储在细胞群体中。而且还没有人将 CRISPR 阵列转移到哺乳动物细胞中。“它充满了局限性，但这是他们正在做的开创性工作，”他说。“这很优雅。”
其他 CRISPR–Cas 系统可以将 RNA 转化为 DNA，然后将其插入 CRISPR 阵列 [2]。Platt 指出，这可能为使用阵列跟踪基因表达打开大门，而无需打开细胞来移除其 RNA。
北卡罗来纳州达勒姆半导体研究公司的首席科学家 Victor Zhirnov 称这项工作“具有革命性”，并希望在他的研究基金会开始尝试这项技术。“这就像 1903 年飞行的第一架飞机：它只是一个好奇的东西，”Zhirnov 说。“但从那以后十年，我们有了几乎像今天一样的飞机。”
本文经许可转载，并于 2017 年 7 月 12 日首次发布。