Биологи из США приспособили геномный редактор CRISPR/Cas9 для записи произвольной текстовой информации в ДНК человеческих клеток и последующего чтения или удаления этих молекулярных "заметок". Результаты опытов ученых на раковых клетках были опубликованы в статье в журнале Nature.
"Мы создали прототип своеобразной "ДНК - печатной машинки", которая позволяет записывать и декодировать сообщения длиной в несколько тысяч символов, вставленные внутрь генома живых клеток. Информация сохраняется в их ДНК даже через два десятка поколений и 25 циклов клонального деления", — пишут исследователи.
Группа молекулярных биологов под руководством Джея Шендьюра, профессора университета штата Вашингтон в Сиэтле (США), адаптировала "нобелевский" редактор ДНК CRISPR/Cas9 для решения не совсем биологической задачи - записи произвольной символьной информации внутрь генома человеческих или бактериальных клеток.
В прошлом, как отмечают ученые, биотехнологи уже пытались использовать различные геномные редакторы для хранения информации внутри нитей ДНК. Все подобные подходы позволяли записывать данные или только один раз, или же хранить внутри генома лишь небольшие последовательности символов. Вдобавок все подобные системы были рассчитаны только на использование внутри бактерий.
Генетическая печатная машинка
Профессор Шендьюр и его коллеги решили все эти проблемы при помощи созданной ими модификации CRISPR/Cas9. Биологи поменяли ее свойства таким образом, что геномный редактор мог взаимодействовать только с так называемой "ДНК-лентой". Так ученые назвали длинную последовательность из повторяющихся коротких искусственных блоков, вставленных внутрь человеческой ДНК и не имеющей аналогов в живой природе.
Каждый подобный блок "ДНК-ленты" содержал в себе набор из нескольких одинаковых генетических "букв"-нуклеотидов, служивших опознавательным знаком для системы CRISPR/Cas9, а также произвольную текстовую информацию, закодированную специальным образом для экономии места. При этом все блоки были устроены таким образом, что геномный редактор мог взаимодействовать только с одним из них, что обеспечивает последовательный характер записи данных.
Работу этой генетической "печатной машинки" ученые проверили на культурах человеческих эмбриональных клеток, способных бесконечно размножаться. Используя CRISPR/Cas9, ученые записали в ДНК этих телец три коротких фразы и проследили за тем, сохранятся ли они в геноме эмбриональных клеток после нескольких десятков циклов их клонального деления.
Эти опыты показали, что фразы из Библии и изречения известных ученых успешно записались в геномах значительного числа обработанных клеток и сохранились в ДНК их потомков даже через два десятка поколений. Подобные успехи позволяют использовать CRISPR/Cas9 как для записи "внешней" информации в геномы клеток, так и применять "ДНК-печатную машинку" для сохранения сведений о процессах, происходящих внутри клеток, подытожили профессор Шендьюр и его коллеги.