Кожен живий організм має власне сховище інформації у вигляді ДНК. Перевага біологічного "жорсткого диска" полягає у величезній щільності, що зберігається, а також довговічності: інформація на ДНК-накопичувачах може зберігатися тисячоліттями .
Один грам ДНК здатний зберігати обсяг інформації, вироблений людством за рік, стверджують вчені з Гарварду, які в 2012 році записали цілу книгу на цей надщільний, довговічний і надійний носій. У тому ж році інша команда дослідників отримала перше зображення, створене за допомогою ДНК-кодування .
відкриття революційної технології редагування генів CRISPR подарувало дослідникам нові можливості, і в 2016 році команда на чолі з Джорджем Чёрчем ( George Church ) Змоделювала перший молекулярний пристрій для запису, що працює за допомогою системи CRISPR. Воно могло б записувати, зберігати інформацію і витягувати потрібну у вигляді масиву послідовностей - і все це вироблялося б прямо в геномі бактерії.
"Це було багатообіцяюче, але ми не знали, що станеться, коли ми спробуємо відстежити близько ста послідовностей відразу, і чи буде ця система взагалі працювати. Це було важливо, оскільки ми прагнемо використовувати цю технологію для запису біологічних подій - це і є наша кінцева мета ", - розповів співавтор дослідження Сет Шипман ( Seth Shipman ).
Але тепер учені знають, що це можливо, адже буквально днями вони записали на ДНК-носій один з перших відеороликів в історії людства, знятий в 1878 році піонером фото- і відеозйомки Едвардом Мейбріджем .
У цьому допомогла нова, заснована на системі CRISPR технологія, яка дозволяє хронологічно записувати цифрову інформацію (наприклад, зображення нерухомих і рухомих об'єктів) в живих бактеріях.
Пояснимо, що система CRISPR допомагає бактеріям виробляти імунітет під постійним натиском вірусів в їх середовищі. "На згадку" про тих, хто вижив після таких інфекцій мікроорганізмах бактерії захоплюють частини молекул вірусної ДНК і генерують з них короткі послідовності, які поступово накопичуються. Таким чином збирається постійно зростаючий масив інформації, і ця "антивірусна бібліотека" розташована в локусі CRISPR в геномі бактерії.
Широко використовується сьогодні білок CRISPR-Cas9 використовує цю "пам'ять предків" для знищення тих же вірусів, коли вони знову нападають на мікроорганізм. Однак інші частини системи CRISPR до сих пір не залучали особливої уваги вчених (мабуть, крім Cas13a - цю нуклеазу використовували для створення тесту SHERLOCK , Який полює на патогени і мутації).
Черч і його колеги спробували використовувати білки Cas1 і Cas2: вони "перепрофілювали" їх для роботи з цифровою інформацією.
"Ми розробили стратегії, які істотно перетворять цифрову інформацію, що міститься в кожному пікселі зображення або кадру, а також номер кадру в код ДНК, який з додатковими послідовностями включається в спейсери (ділянки нетранскрібіруемой ДНК, розташовані між тандемно повторюваними генами - прим.ред.) ", - пояснює Шімпан. Потім дослідники розмістили їх в хронологічному порядку в масивах CRISPR в геномах кишкової палички.
Коли ж вчені згодом витягли все масиви з геномів бактерій шляхом прочитання їх ДНК, вони з 90% -вою точністю відновили повноцінний відео - той самий фільм 1878 року.
Крім того, фахівці зробили те ж саме зі статичним зображенням людської руки (нижче зліва показано первинне зображення, а справа - відновлене з "жорсткого диска" на основі ДНК).
Вчені записали на ДНК-накопичувач не тільки відео, але і статичне зображення.
Автори роботи додають, що тепер зосередяться на створенні пристроїв для молекулярної записи в інших типах клітин. Також вони хочуть розробити нові системи для запису біологічної інформації. У найсміливіших планах - створення "пам'ятають клітин", які будуть корисні в регенеративної медицини, тестах на наркотики, а також для моделювання та вивчення хвороб.
Робота з описом неймовірного досягнення молекулярних інженерів опублікована в журналі Nature.
До речі, раніше дописувачі проекту "Весті.Наука" повідомляли, що в жменьці насіння рослин можна зберігати цілу бібліотеку . Більш того, всю (!) Інформацію людства можна зберегти в одній кімнаті за допомогою алгоритму під назвою "ДНК-фонтан".
