Ученые создали микроба-«шпиона», способного записывать информацию в ДНК

Биологи из США превратили обычную кишечную палочку в неуязвимого и невидимого «супершпиона», научив ее записывать информацию о происходящих вокруг нее событиях в ее собственную ДНК и сохранять ее при передаче потомкам, говорится в статье, опубликованной в журнале Science. Об этом пишет РИА Новости.

«Пока наши микробы могут одновременно записывать сразу три сигнала разных типов на протяжении многих дней. Сейчас мы размышляем над тем, что подобным образом можно наблюдать и за биомаркерами, которые присутствуют в организме больных или здоровых людей», — рассказывает Харрис Ванг (Harris Wang) из университета Колумбии в Нью-Йорке (США).

Молекулы ДНК представляют собой надежное устройство по хранению информации, хорошо защищенное от ошибок чтения и записи. Ученые пытаются приспособить их для хранения произвольных данных с 1988 года, когда американским биоинформатикам впервые удалось записать 7,9 килобайт информации на молекулу ДНК и прочитать ее.

К примеру, пять лет назад биологи из Гарварда впервые «распечатали» книгу на молекулах ДНК и прочитали ее при помощи обычного секвенатора генома, а год назад ученые из университета Вашингтона научились записывать изображения в нити генетического кода и считывать их, достигнув рекордно высокой плотности записи информации.

Все эти подходы обладают одним общим недостатком — в них применяются «голые» молекулы ДНК, сохраняющие стабильность и «читабельность» только внутри пробирок и лабораторий. Кроме того, все они фактически являются «одноразовыми» – их можно записать и прочитать лишь один раз, что не позволяет использовать подобные системы «генетической памяти» как полноценную замену современным носителям информации.

В прошлом году известный молекулярный биолог Джордж Черч ликвидировал эту проблему, приспособив бактериальный «антивирус», систему CRISPR/Cas, для последовательной записи информации в ДНК микробов, превратив ее в своеобразную «флешку».

Ванг и его коллеги совершили следующий логический шаг – они поменяли работу CRISPR/Cas таким образом, что эта система начала сама реагировать на сигналы, поступающие из внешней среды, и записывать информацию о том, когда и как они начали воздействовать на микроба.

Для этого ученые вставили внутрь обычной кишечной палочки две дополнительных нити ДНК, скрученные в кольцо. В одной из них содержался сам геномный редактор, а во второй – особая последовательность генетических «букв»-нуклеотидов, заставлявшая это кольцо ДНК копировать само себя.

Как рассказывает Ванг, CRISPR/Cas был модифицирован таким образом, что он начинал вставлять новые фрагменты ДНК в геном микроба не при появлении новых вирусов, а через строго отмеренные промежутки времени.

При отсутствии внешних сигналов в «антивирусную библиотеку» бактерии, с которой взаимодействует белок Cas1, попадает случайный набор «букв» из ДНК самой кишечной палочки, а при их появлении – фрагмент второго кольца, в котором содержится ген вируса P1. Эти изменения не пропадают из ДНК микроба при его делении и сохраняются в геноме его потомков на протяжении многих поколений.

Благодаря этому кишечная палочка превращается, как выражаются сами ученые, в своеобразный молекулярный «диктофон», который непрерывно записывает все сигналы, поступающие из внешней среды. В роли пленки в данном случае выступает «антивирусная библиотека» CRISPR, а в роли микрофона – вторая кольцевая молекула ДНК.

Как показали дальнейшие опыты, микробы могут вести подобную «слежку» на протяжении 8-10 дней без серьезных последствий для себя и появления неисправимых ошибок в их ДНК. Более сложные и продвинутые версии этих «шпионов» от микромира, как отмечают ученые, могут играть роль медицинских сенсоров, детекторов различных отравляющих или радиоактивных веществ, а также решать другие сложные задачи.