Wissenschaftler-Code eine Animierte GIF-Datei In DNA

Bild: Seth Shipman

Was ist ein DNA-Strang, aber Daten? Wir denken oft, von den Einheiten, die As, Cs, Ts und Gs, wie die Buchstaben der Wörter in die Bedienungsanleitung. Aber was, wenn wir stattdessen denken Sie als biologische computer-bits, speichern Sie die kleinste Einheit von Informationen? Was hält der Wissenschaftler von der Nutzung der macht von den Einheiten mit den modernsten biologischen Technologien zur Behandlung von DNA, wie Sie eine beschreibbare disk?

Ein team von Biologen nutzten die bakteriellen Abwehrmechanismus, auf dem das gen editing-system CRISPR basiert zum schreiben animierte GIF-Dateien, pixel für pixel, in einer population von Bakterien. Aber Ihre end-Ziel ist nicht zu schaffen biologische DVDs. Stattdessen hoffen Sie, eines Tages diese Technologie als eine Art biologische recorder zu halten Spur von Zellen oder Veränderungen in der Umwelt.

“Wir benutzten Bilder in Filmen zu zeigen, die macht des Systems, das wir verwenden möchten, erfassen Sie alle Arten von Biologischer Aktivität in DNA”, die Studie der erste Autor, Seth Shipman von der Harvard Medical School sagte Gizmodo. “Die Idee ist, erstellen Sie molekulare Recorder, die Funktion in die Zellen zu erfassen, die Dinge in die Zelle oder Umgebung …. so, dass ein Experimentator nicht haben, zu gehen und das system stören, um Daten zu sammeln.”

Bakterien nutzen bereits die “Cas” Proteine, die mit der CRISPR zu greifen Stücke von DNA aus Viren und stecken Sie es in Ihren genomen als ein Verteidigungsmechanismus gegen zukünftige Angriffe. Die Forscher nutzten die Tatsache, dass die Proteine fügen Sie immer neue genetische material stromaufwärts von der alten genetischen material. “Sie am Ende mit einem buchstäblichen, physischen Datensatzes die Sequenzen dort in welcher Reihenfolge”, sagte Shipman. “Die tatsächlichen timing-Informationen erfolgt in der Reihenfolge der Sequenzen des Genoms, wie Sie es Lesen.” Also machten Sie Filme zu zeigen, die DNA als ein “hervorragendes medium zur Archivierung von Daten”, so das Papier, veröffentlicht heute in der Zeitschrift Nature.

Die Forscher zunächst getestet, speichern Sie ein Bild von einer hand mit DNA durch die Umwandlung von Farbe und pixel-Informationen in Mengen von Basenpaaren, die Als, Ts, Cs und Gs. Dies ist eine Art, wie die Art und Weise, die Gene Kodieren für Proteine, die in DNA, sondern in diesem Brauch DNA, die Sie gebaut, die A -, C -, T -, G-Sequenzen entsprechen barcodes, die bestimmen, welche Pixel nehmen sollte auf die Farbe. Dann stellten Sie Ihre benutzerdefinierten Sequenzen in einer population von E. coli-Bakterien, temporäre Poren in die Zellen-Membranen mit elektrischen Impulsen. Die übersetzten Daten tritt in die Bakterien, die die Integration in Ihrem Genom über Ihre Cas-Proteine. Das team wächst dann die bakterielle Bevölkerung, die Sie dann Reihenfolge, wird das Lesen der DNA und übersetzen Sie die Wiederherstellung des Bildes.

Codierung ein GIF in die Bakterien wurde ein komplizierter Prozess, obwohl die Bakterien speichern die Daten in chronologischer Reihenfolge, die GIF-Informationen bekommt verstreut in viele Zellen. Die Forscher können nur die Daten wiederherstellen, die auf der Reihenfolge der Rahmen aus einzelnen Zellen, so das Papier. Das bedeutet, dass die Neuerstellung der Film benötigt den Vergleich der DNA von vielen verschiedenen Zellen. Hier ist die GIF-vor dem einsetzen in den Bakterien und den Wiederaufbau.

Es gibt Einschränkungen, kommen neben der Arbeit mit einem lebenden Daten-storage-system, sagte Shipman. Die Wissenschaftler versuchen, ziehen Sie eine Menge Informationen, die aus diesen Zellen, was dazu führen kann, tote Pixel oder Fehler—Sie reproduzieren konnte das GIF mit 90 Prozent Genauigkeit, nicht perfekt. Außerdem, da Ihre Methoden, die mehr Zellen, die Sie wieder zu Lesen, je genauer Ihre GIF war; Sie mussten sich mit einem angemessenen Ort, um zu stoppen. Hier ist, wie die hand Rekonstruktion noch besser im Laufe der Zeit:

Andere Forscher, die ich mit Sprach, fand die Forschung interessant. “Die beschriebenen Methoden sind zwar nicht neu, aber es ist eine super-Coole Applikation,” Forscher Christopher Voigt vom MIT sagte Gizmodo in einer E-Mail. Vor kurzem hat er veränderte Bakterien zur Herstellung farbiger Bilder. “Hier haben die Autoren verwenden low-cost-DNA-Synthese-und Genom-editing-tools, um die Informationen aus Bildern und Filmen in das Genom einer lebenden Zelle. Jedes mal, wenn die Zelle repliziert, wird eine neue Kopie erstellt. Setzt einen neuen spin auf raubkopierte material!”

Shipman will mit dieser Methode in biologischen Anwendungen, beispielsweise mit Hilfe von Bakterien zu spüren, Schwermetalle in der Umwelt, und halten Sie einen DNA – Datensatz dieser Schadstoffe im Laufe der Zeit.

Aber Stell dir vor, wie viele Bakterien es dauern würde, wieder zu erschaffen, sagen die Ansteckung.