Текст, зашифрованный в ДНК, теперь можно переписать

В настоящее время ДНК уже можно использовать в качестве носителя информации, однако до сих пор информацию нельзя было отредактировать. Китайские ученые решили эту проблему с помощью нуклеазы Cas12a и рекомбиназы λRed. В экспериментах с E. coli фразу «It was the worst of times», записанную на плазмиде, они исправили на фразу «It was the best of times».

Схема исходных конструктов и результата перезаписи.

Credit: Liu Y, et al., 2022, DOI:  10.1126/sciadv.abo741 | CC BY 4.0



ДНК может использоваться для длительного хранения огромного количества информации на молекулярном уровне. Запись и считывание информации производятся с помощью алгоритмов шифровки и дешифровки. При записи информация сначала переводится в бинарный код, а затем код превращают в последовательность нуклеотидов с помощью алгоритмов Base24 или Хаффмана. Однако записанная таким образом информация доступна только для считывания. Обращение к определенным ее частям и их перезапись на носителе до сих пор не были возможны. Чтобы решить эту проблему, китайские ученые создали систему обработки и изменения информации на основе CRISPR-Cas12a, рекомбиназы λRed и донорской ДНК.

CRISPR-ассоциированная нуклеаза Cas12a под управлением соответствующего РНК-проводника (crRNA) могут с большой точностью находить и вырезать нужную последовательность ДНК. Рекомбиназа λRed опосредует вставку на это место донорской ДНК по механизму гомологичной рекомбинации. Систему поместили на две плазмиды, информационную и вспомогательную. Информационная плазмида несла исходный текст. Вспомогательная — содержала гены белков Cas12a и λRed.

Работу системы проверили на клетках Escherichia coli. В клетки внедрили информационную плазмиду, кодирующую фразу «It was the worst of times» из «Повести о двух городах» Чарльза Диккенса, и вспомогательную плазмиду с помощью метода теплового шока и электропорации соответственно. Отдельно электропорировали донорскую ДНК, содержащую слово «best», чтобы изменить текст на «It was the best of times». Для визуальной оценки качества перезаписи к 3’-концу сообщения на информационной плазмиде пришивали последовательность белка GFP без промотора, а к донорской ДНК — соответствующий промотор. Если изменение данных проходило успешно, то клетка начинала флуоресцировать. Кроме того, для подтверждения перезаписи данных проводили ДНК-секвенирование и дешифровку.

По результатам эксперимента количество клеток с флуоресценцией по отношению к общему числу клеток составляло 89%. С помощью секвенирования светящихся клеток ученые показали, что в 90% случаях перезапись информации была корректной. Это говорит о довольно высокой эффективности метода.

Исследователи считают, что в перспективе новую систему можно будет использовать для обработки и изменения цифровой информации, записанной в организмах с большим геномом, например, в дрожжах.

В 2019 году ученые из Израиля и Швейцарии изготовили пластмассового кролика, который содержал ДНК с информацией для 3Д-печати таких же кроликов.

Источник

Liu Y., et al. In vivo processing of digital information molecularly with targeted specificity and robust reliability. // Science Advances 8.31 (2022): eabo7415, published August 5, 2022; DOI: 10.1126/sciadv.abo7415

Добавить в избранное

Вам будет интересно