Zdolność systemu CRISPR / Cas do przechowywania informacji pomogła w stworzeniu czujnika z bakterii, zdolnego do zapisywania danych z monitorowania we własnym DNA.
Zastosowanie systemu modyfikacji genów CRISPR / Cas pomogło w „uzupełnieniu” komórek bakteryjnych o mechanizm rejestracji stanu środowiska. Dzięki temu będą czujnikami na żywo, które monitorują stan ekosystemów i ludzi. Harris Wang i jego koledzy z Columbia University w Nowym Jorku opowiedzieli o swojej nowej pracy w artykule opublikowanym przez magazyn Science.
Otwarta dopiero na przełomie XIX i XXI wieku. System CRISPR / Cas służy bakteriom jako analog naszej nabytej odporności: biblioteka regionów CRISPR DNA gromadzi informacje o wirusach, które napotkała komórka, a białka Cas z nią współpracują, szybko rozpoznając nową infekcję. Zastosowanie elementów tego systemu otworzyło zupełnie nowe perspektywy dla genetycznej modyfikacji organizmów i zapewniło mu szczególnie szybki rozwój w ostatnich latach.
Jeśli jednak inżynierowie GM wykorzystają zdolność CRISPR / Cas do rozpoznawania fragmentów DNA komplementarnych do szablonu RNA, którego potrzebują naukowcy, i wycinania ich dokładnie we właściwym miejscu, tym razem byli zainteresowani funkcjami „bibliotecznymi” systemu. „CRISPR / Cas to naturalne, biologiczne urządzenie pamięci” - mówi Harris Wang. „Z inżynieryjnego punktu widzenia ma on niezwykłą strukturę, ponieważ przeszedł już ewolucję, która udoskonaliła jego zdolność do przechowywania informacji”.
Naukowcy zmodyfikowali bakterie, aby reagować na zmiany niektórych czynników środowiskowych - na przykład zawartość w nich fruktozy lub miedzi - syntetyzując krótkie fragmenty plazmidów DNA. Zmodyfikowano również system CRISPR / Cas, tak że pojawienie się dużej liczby takich plazmidów zostało zarejestrowane w bibliotece CRISPR. Jeśli np. Miedź nie wystarczała, to komórka syntetyzowała inne plazmidy, które były „przechowywane” w CRISPR zamiast „sygnałowych”.
„Takie podejście zapewniło stabilny zapis przez wiele dni i dokładną rekonstrukcję metryk i czasu poprzez sekwencjonowanie sekwencji CRISPR” - piszą naukowcy w artykule.
W następnej fazie Harris Wang i jego współpracownicy planują przetestować taki system do monitorowania biomarkerów chorób jelit przez co najmniej kilka dni. „Jeśli ta bakteria zostanie połknięta przez pacjenta, będzie w stanie zarejestrować wszystkie zmiany, jakie napotka, przechodząc przez cały przewód pokarmowy” - mówi naukowiec - „ujawniając wcześniej niewidziane, niedostępne dane”.
Sergey Vasiliev
Film promocyjny: