Исследователи Рокфеллеровского университета и их коллеги в Калифорнийском университете, Беркли, нашли способ заставить бактерии кодировать воспоминания намного более часто. Их открытие было описано 22 декабря в Молекулярной Клетке.
«CRISPR, адаптивная иммунная система, найденная во многих бактериях, помнит вирусы, храня отрывки их ДНК. Но по своей природе, эти события записи происходят только редко», говорит ведущий автор Лучано Марраффини, глава Лаборатории Бактериологии.
«Мы определили единственную мутацию, которая заставляет бактериальные клетки приобретать генетические воспоминания о вирусах в 100 раз более часто, чем они делают естественно», добавляет он. «Эта мутация обеспечивает мощный инструмент для экспериментов в нашей лаборатории и в другом месте и могла облегчить создание основанных на ДНК устройств хранения данных».Если вирус, которого описала система бактерии CRISPR, обнаруживается снова, фермент, известный, когда Cas9 послан, чтобы разрушить его. Точность системы уже сделала его важным инструментом для редактирования геномов, и ученые смотрят на другое возможное применение.
Для текущего исследования команда беспорядочно ввела мутации в ген для Cas9 и нашла, что один из них побуждает бактерии приобретать генетические воспоминания с большей готовностью. При нормальных условиях, если исследователи выставляют 100 000 бактериальных клеток тому же самому потенциально смертельному вирусу, только один будет, как правило, приобретать отрывок ДНК, который мог позволить ему пережить будущее нападение. В клетках, спроектированных, чтобы нести эту новую мутацию, отношение увеличивается до каждого 1000-го.
Мутация быстро стала полезной для почти всех проектов, продолжающихся в лаборатории Марраффини. Работая с микробами, генетические воспоминания которых были увеличены этот путь, ученые в состоянии произвести намного больше данных о различных аспектах CRISPR.Могут быть другие заявления, хотя некоторые далеки на горизонте.
Некоторые синтетические биологи – ученые, которые проектируют и строят новые биологические машины – думают, что подобная CRISPR система могла быть адаптирована, чтобы захватить информацию о деятельности нейронов, как клетки отвечают на экологические стимулы или траекторию метастазирующих раковых клеток. Хотя много препятствий остаются для развития основанной на CRISPR системы записи, эта мутация могла потенциально сделать его более реалистичным, говорят исследователи.
Открытие также поднимает вопрос: Если эта мутация делает бактерии более способными к защите себя, почему они не развились, чтобы нести его естественно? «Есть согласование с CRISPR», объясняет первый автор Роберт Хелер, аспирант в лаборатории. Хотя система защищает клетки, она может иногда давать осечку, приобретая отрывки ДНК от ее хозяина, а не от вторгающегося вируса, принуждая клетку убить себя. «Если они не осаждены чрезвычайно большим объемом вирусов, которые требуют мощной защиты CRISPR-аварии, у микробов без мутации есть преимущество выживания, потому что они менее подвержены этому типу самоубийства», говорит Хелер.