Ученые создали самый маленький в мире магнитофон в живой бактерии

Wang Lab / Columbia University Medical Center

Ученые взломали» иммунную систему бактерии и создали на ее основе молекулярный магнитофон, способный записывать, что происходит вокруг. Химические изменения окружающей среды записываются в ДНК. Эта технология позволит создать новые системы наблюдения за здоровьем или, например, за загрязнением экосистем. Основой для магнитофона стала бактерия кишечной палочки – Escherichia coli, которая умеет запоминать геном вирусов, с которыми сталкивается, и потом при повторной встрече идентифицировать и избавляться от них. Биофизик Харрис Вонг (Harris Wang), ведущий автор научной работы, пояснил, что это был оптимальный выбор, так как бактерия сама выработала нужные навыки в процессе эволюции. В качестве системы звукозаписи же использовали систему редактирования генома CRISPR-Cas.

Как это работает? Бактерия кишечной палочки (такие способности, впрочем, есть не только у этого вида) содержит «библиотеки» генетических последовательностей, позволяющих ей определять, с каким вирусом она встретилась. Эти библиотеки копируются в РНК, с помощью которой энзимы распознают геномы вирусов и изгоняют эти вирусы до того, как они нанесут какой-либо ущерб. Вместо вирусов ученые использовали плазмиды, круглые части ДНК. Специалисты стимулировали специфические реакции бактерии в ответ на те или иные раздражители, такие, как присутствие метаболитов (меди или фукозы), и «записали», какие плазмиды при этом выделяются. Чтобы с учетом времени свести разрозненные сигналы воедино в виде «пленки», они применили CRISPR-Cas. На итоговой «кассете» можно было понять, какая смесь плазмидов и в какое именно время выделялась, а когда бактерия не выделяла ничего – в таких местах авторы работы использовали другой тип плазмидов, заменивший мертвый эфир.

Запись, заявили ученые, можно вести несколько дней подряд. Технологию назвали TRACE. Поскольку микробиом крайне важен при изучении многих аспектов жизнедеятельности человека, новые инструменты, которые позволят его анализировать более предметно, жизненно необходимы.