Суть подхода в том, что бактерии Escherichia coli могут по-разному реагировать на различия в химической среде и хранить свои «наблюдения» внутри ДНК, например, генетическую информацию о вирусах. Технология открывает путь для использования «живых» устройств мониторинга, которые могут применяться для наблюдения за здоровьем или для анализа загрязняющих веществ в экосистемах.
«Бактерии могут стать естественным биологическим запоминающим устройством, — говорит старший автор исследования, биофизик Харрис Ван. — Эта система была отточена благодаря эволюции, чтобы стать действительно великолепной при хранении информации».
Как оказалось, Escherichia coli содержит «библиотеки» генетических последовательностей, которые помогают идентифицировать инвазивные вирусы. Бактерия копирует эти библиотеки в секции РНК. Команда использовала круговые фрагменты ДНК, называемые плазмидами, в качестве библиотеки данных.
Далее они смогли добиться от системы конкретных реакций на конкретные сигналы и сохранить эти реакции в последовательность, которая может быть интерпретирована впоследствии. Устройство под названием CRISPR-Cas умеет реагировать на количество плазмид в последовательностях, воспроизводя их, подобно магнитофону.
«Наш подход обеспечивает стабильную запись в течение нескольких дней и точную реконструкцию информации путем упорядочивания массивов CRISPR», — пишут исследователи в своем отчете. «На практике такие бактерии, проглоченные пациентом, могут регистрировать все изменения, которые произойдут с ними, например, в пищеварительном тракте, что дает беспрецедентный взгляд на ранее недоступные явления нашего организма», — поясняет Ван.
Исследование опубликовано в журнале Science.