Генетики разработали способ запрограммировать воспоминания в бактериальные клетки, переписав их ДНК

Новая техника записи ДНК, которую исследователи называют HiSCRIBE, намного более эффективна, чем ранее разработанные системы для редактирования ДНК у бактерий

0 494

Инженеры-биологи из Массачусетского технологического института разработали новый способ эффективного редактирования бактериальных геномов и программирования воспоминаний в бактериальных клетках путем переписывания их ДНК. Используя этот подход, различные формы пространственной и временной информации могут постоянно храниться для поколений и извлекаться путем секвенирования клеток.

Новая техника записи ДНК, которую исследователи называют HiSCRIBE, намного более эффективна, чем ранее разработанные системы для редактирования у бактерий, эффективность которых составляла лишь примерно 1 из 10 000 клеток на поколение. В новом исследовании ученые продемонстрировали, что этот подход можно использовать для хранения памяти о клеточных взаимодействиях или пространственном местоположении.

По словам исследователей, этот метод также может позволить выборочно редактировать, активировать или заглушать гены у определенных видов бактерий, живущих в естественном сообществе, таком как микробиом человека.

«С помощью этой новой системы записи мы можем точно и эффективно редактировать бактериальные геномы без необходимости какой-либо формы отбора в сложных бактериальных экосистемах», – говорит Фахим Фарзадфард, ведущий автор статьи.

«Это позволяет нам выполнять редактирование генома и запись вне лабораторных условий, будь то конструирование бактерий, оптимизация представляющих интерес черт in situ или изучение эволюционной динамики и взаимодействия в бактериальных популяциях».

Запись генома и запись воспоминаний

В течение нескольких лет ученые работали над способами использования для хранения информации, такой как о клеточных событиях. В 2014 году они разработали способ использования бактерий в качестве «геномного магнитофона», создав E. coli для хранения долговременных воспоминаний о таких событиях, как химическое воздействие.

Для этого исследователи сконструировали для производства фермента обратной транскриптазы, называемого ретроном, который производит одноцепочечную ДНК (ssDNA) при экспрессии в клетках, и фермент рекомбиназа, который может вставлять («записывать») определенную последовательность. одноцепочечной в целевое место в геноме.

Эта вырабатывается только при активации предопределенной молекулой или другим типом входного сигнала, например светом. После получения ДНК рекомбиназа вставляет ДНК в заранее запрограммированное место, которое может находиться в любом месте генома.

Этот метод, который исследователи назвали SCRIBE, имел относительно низкую эффективность. В каждом поколении из 10 000 клеток E. coli только одна приобретала новую ДНК, которую исследователи пытались встроить в клетки. Отчасти это связано с тем, что у E. coli есть клеточные механизмы, которые предотвращают накопление одноцепочечной и ее интеграцию в их геномы.

В новом исследовании ученые попытались повысить эффективность процесса, устранив некоторые защитные механизмы E. coli от одноцепочечной ДНК. Во-первых, они отключили ферменты, называемые экзонуклеазами, которые расщепляют одноцепочечную ДНК. Они также отключили гены, участвующие в системе, называемой репарацией несоответствия, которая обычно предотвращает интеграцию одноцепочечной ДНК в геном.

С помощью этих модификаций исследователи смогли добиться почти универсального включения генетических изменений, которые они пытались внести, создав беспрецедентный и эффективный способ редактирования бактериальных геномов без необходимости отбора.

«Благодаря этому усовершенствованию мы смогли выполнять некоторые приложения, которые мы не могли делать с предыдущим поколением SCRIBE или с другими технологиями записи ДНК», – говорят ученые.

Исследователи также показали, что они могут использовать эту технику для создания синтетической экосистемы, состоящей из бактерий и бактериофагов, которые могут непрерывно переписывать определенные сегменты своего генома и автономно развиваться со скоростью, превышающей возможную естественную эволюцию.  

Исследование было опубликовано в журнале Cell Systems.
Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x