Forschern des Columbia University Medical Center (CUMC) in den USA ist es gelungen, das natürliche Immunsystem des menschlichen Darmbakteriums „Escherichia coli“ in ein Äquivalent eines molekularen Tonbandgeräts zu hacken, mit dem Signale und Zeit verfolgt werden können. Mit mehr Anstrengungen, Wissenschaftler ebnen den Weg für neue Technologien, die die Bakterienzellen in Zukunft von der Krankheitsdiagnose bis zum Umweltmonitoring nutzen könnten.
Die gehackten Bakterien können nun auf chemische Veränderungen in der Umgebung reagieren und sie dann in der DNA mit einem Zeitstempel versehen. „Solche Bakterien, die von einem Patienten verschluckt werden, könnten die Veränderungen, die sie im gesamten Verdauungstrakt erfahren, aufzeichnen und einen beispiellosen Blick auf zuvor unzugängliche Phänomene ermöglichen“, erklärte Harris Wang vom Columbia University Medical Center, ein leitender Autor des Science-Artikels.
Die Wissenschaftler haben das als CRISPR-Cas bekannte Gen-Editing-System in das Bakterium übernommen Escherichia coli, um die Daten, dh die genetischen Informationen der Viren, in Bakterien aufzunehmen. CRISPR-Cas ist ein eingebautes Immunsystems in einigen Bakterien, die DNA-Schnipsel von Viren, die das Bakterium angegriffen haben, speichern, um weitere Angriffe durch ähnliche Viren zu erkennen und ihnen zu widerstehen.
„Das CRISPR-Cas-System ist ein natürliches biologisches Gedächtnis. Aus technischer Sicht ist das eigentlich ganz nett, denn es ist bereits ein System, das durch die Evolution so verfeinert wurde, dass es wirklich großartig darin ist, Informationen zu speichern“, sagt Harris Wang.
Ravi Sheth, ein Doktorand in Wangs Labor und Mitautor der Arbeit, sagt: „Wenn Sie daran denken, sich zeitlich ändernde Signale mit Elektronik oder eine Audioaufnahme aufzuzeichnen … das ist eine sehr leistungsstarke Technologie, aber wir haben uns überlegt, wie Sie skalieren können? das auf lebende Zellen selbst?“
Zu diesem Zeitpunkt modifizierten die Wissenschaftler die zirkuläre DNA, die in Bakterien als Plasmide bezeichnet wird, um die Zeit und die invasiven Ereignisse in ihrer Datenbibliothek zu speichern. Nach dem Speichern der Daten, um sie in ein Aufnahmegerät Um diese Aktionen in einer Sequenz zu speichern, verwendete das Team CRISPR-Cas-Abstandshaltererfassungsmaschinen, um sie in eine Sequenz einzufügen, um sie als Zeitmaß zu interpretieren.
CRISPR wurde zuvor von synthetischen Biologen verwendet, um Gedichte, Bücher und Bilder in der DNA zu speichern, aber dies ist das erste Mal, dass CRISPR verwendet wurde, um die Zellaktivität und den Zeitpunkt dieser Ereignisse aufzuzeichnen.
„Jetzt planen wir, verschiedene Marker zu untersuchen, die sich durch Veränderungen in natürlichen oder Krankheitszuständen, im Magen-Darm-System oder anderswo verändern könnten“, sagte Wang.
