Биологи записали видеоролик в бактериальный геном

Гарвардский генетик Джордж Чёрч (George Church) известен коллегам как один из людей, внесших большой вклад в разработку методов секвенирования ДНК и технологий ГМ-модификации CRISPR/Cas9. Знаком он и широкой публике: под его руководством реализуется целая череда интересных и громких научных проектов, включая создание первого организма с полностью синтетическим геномом и даже воскрешение мамонтов. В своей новой работе Чёрч и его коллеги продемонстрировали возможности использовать живые организмы в качестве носителей данных – записав нужную информацию прямо в их геном. Об этом ученые рассказывают в статье, опубликованной журналом Nature.

Стоит вспомнить, что ДНК остается одним из лучших носителей информации, которые нам известны; теоретически грамм ее способен хранить до 455 эксабайт. Поэтому генетики уже не раз демонстрировали перенос данных в последовательность нуклеотидов искусственно синтезированной ДНК. В принципе, сходным образом действуют и живые организмы, бактерии, которые используют систему CRISPR/Cas9 для сохранения в своей ДНК «иммунных воспоминаний» – фрагментов геномов вирусов, с которыми клетке доводилось встретиться.

Использовали CRISPR и гарвардские ученые, в сочетании с белками Cas1 и Cas2 вместо привычного для этих целей фермента-нуклеазы Cas9. В цифровом виде были представлены шесть изображений: снимок человеческой руки и пять последовательных фотографий бегущей лошади, сделанных Эдвардом Мейбриджем в 1878 г. Цифровые данные были перекодированы в последовательности нуклеотидов, на основе которых авторы синтезировали ДНК. Этот материал внесли в клетки кишечной палочки, подготовленные электропорацией. Затем в дело вступила система CRISPR.

Культивировав клетки, ученые затем выделили ДНК из более чем 600 тыс. клеток. Такое большое количество понадобилось для того, чтобы объединить фрагменты ДНК, включенные в геном в каждом конкретном случае, а также избавиться от ошибок, связанных со сбоями в работе бактериальных систем и просто с мутациями. Реконструкция прошла отлично: Чёрчу и его коллегам удалось успешно реконструировать исходные картинки.

Куда приведут такие работы? Появятся ли технологии хранения персональных данных, медицинской истории или просто логов человека в ДНК его клеток? Что из этого будет передаваться по наследству? Будем ли мы записывать книги в геном микробов, чтобы сохранить их на все время существования биосферы?.. Возможно, это дело слишком неопределенного будущего, но уже в ближайшее время очередной необычный проект Чёрча может привести к появлению новых методов генетики и биологии. Легко представить, например, как клетка может быть «оснащена» механизмами записи ключевых событий собственной жизни и развития, так что ученым останется лишь прочесть этот «ДНК-блог».