工程细菌存储化学暴露的记忆

作者:公冶苻

<p>麻省理工学院的一项新研究表明,工程大肠杆菌可以存储化学暴露和DNA中其他事件的长期记忆</p><p>麻省理工学院的工程师已将细菌大肠杆菌的基因组转化为长期记忆存储装置</p><p>他们设想这种稳定,可擦除且易于检索的存储器非常适合环境和医疗监测传感器等应用“您可以存储非常长期的信息,”电气工程和计算机科学与生物工程副教授Timothy Lu说</p><p> “你可以想象这个系统存在于肠道中的细菌或环境细菌中你可以将它放出几天或几个月,然后再回来看看定量水平发生了什么”新的策略,在“科学”杂志克服了现有方法在细菌基因组中存储记忆的几个局限性,该论文的资深作者卢说,这些方法需要很大许多基因调控元素,限制了可以存储的信息量早期的努力也仅限于数字记忆,这意味着它们只能记录所有或没有记忆,例如特定事件是否发生在Lu和研究生Fahim该论文的第一作者Farzadfard开始创建一个用于存储模拟存储器的系统,该系统可以显示存在多少曝光或持续多长时间为了实现这一目标,他们设计了一种“基因组磁带录音机”,可让研究人员编写新信息进入任何细菌DNA序列稳定记忆为了对大肠杆菌进行编程以存储记忆,麻省理工学院的研究人员设计了这些细胞以产生一种重组酶,该酶可以将DNA或特定序列的单链DNA插入目标位点</p><p>只有当存在预定的分子或其他类型的输入(例如光)激活时才产生DNA</p><p>产生DNA后,重组酶将DNA插入细胞在预编程位点的基因组“我们可以将其定位在基因组中的任何位置,这就是我们将其视为录音机的原因,因为你可以指示信号写入的位置,”Lu说,一旦通过此记录曝光过程中,记忆被存储在细菌群体的整个生命周期中并且代代相传</p><p>有几种不同的方法来检索这些存储的信息如果将DNA插入基因组的非功能部分,对基因组进行测序将是揭示记忆是否存储在特定细胞中或者,研究人员可以定位序列以改变基因例如,在这项研究中,新的DNA序列打开了抗生素抗性基因,允许研究人员确定有多少细胞已经获得了通过向细胞中添加抗生素并观察存活多少的记忆序列通过测量具有新DNA序列的群体中细胞的比例,研究人员可以确定它的暴露程度和持续时间在本文中,研究人员使用该系统检测光,一种称为IPTG的乳糖代谢物,以及一种名为aTc的抗生素衍生物,但它可以适应许多其他分子,甚至是由Lu说,这个细胞也可以通过刺激细胞在同一个地方加入不同的DNA来消除这个过程</p><p>这个过程目前效率不高,但研究人员正在努力改进它“这项工作非常令人兴奋,因为它在一个系统中集成了许多有用的功能:持久的,模拟的,分布式的基因组存储,具有多种读数选项,“加州大学圣迭戈分校的助理教授肖恩道格拉斯说,他没有参与这项研究” Farzadfard和Lu将整个细胞群视为模拟“硬盘驱动器”,而不是将每个单独的细胞视为数字存储设备,大大增加了i的总量</p><p>可存储和检索的信息“细菌传感器此类传感器的环境应用包括监测海洋中的二氧化碳水平,酸度或污染物</p><p>此外,细菌可能被设计为生活在人体消化道中以监测某人的饮食摄入量,例如摄入多少糖或脂肪,或检测肠易激综合症的炎症 Lu说,这些工程细菌也可以用作生物计算机,并补充说它们在需要大量并行处理的计算类型中特别有用,例如从图像中挑选图案“因为有数十亿和数十亿的细菌在给定的试管中,现在我们可以开始利用更多的人口进行内存存储和计算,进行高度并行化计算可能会很有趣它可能很慢,但它也可以节能,“他说另一个可能的应用是设计在培养皿中生长的活体动物或人类细胞的脑细胞,以允许研究人员跟踪某种疾病标记物是否表达或某一时间神经元是否活跃“如果你能将细胞内的DNA转化为一个小的记忆设备本身,然后链接到你关心的东西,你可以写出这些信息,然后提取它,“卢说研究由Nat资助国立卫生研究院,海军研究办公室和国防高级研究计划局出版物:Fahim Farzadfard和Timothy K Lu,“基因组编码的模拟记忆,在活细胞群中进行精确的体内DNA编写”,Science 2014年11月14日:Vol 346没有6211; DOI:101126 / science1256272来源:麻省理工学院安妮特拉夫顿新闻图片:....