Neverovatan uspeh: Naučnici sačuvali video u DNK bakterije

Animacija od pet kadrova prikazuje kobilu u galopu po imenu Eni G. a GIF je rezultat spajanja fotografija legendarnog fotografa Edvarda Majbridža s kraja 19. veka iz njegove serije pod nazivom "Lokomotorni sistem životinja i ljudi".

"Konj je bio jedan od prvih primera pokretne slike i to vrlo prepoznatljiv", kaže Set Šipman, postdoktorand sa Harvarda koji je predvodio naučni tim.

Naučnici su već znali da se informacija može "usaditi" i čuvati u sintetizovanoj DNK. Recimo, Šipmanov šef Džordž Čurč, molekularni hemičar koji, između ostalog, radi na oživljavanju mamuta, jednom je celu knjigu smestio u niz genetičkog koda.

"DNK ima mnoga svojstva koja su dobra za čuvanje podataka", smatra Šipman. "Mnogo je stabilnija od silicijumske memorije, ukoliko želite da nešto čuvate hiljadama godina".

U novoj studiji objavljenoj u časopisu "Nature", Šipman je želeo da proveri da li bakterijska DNK može da snimi redosled kojim se nova informacija dodaje u genom.

"Prošle godine smo imali uspeha u snimanju nekoliko sekvenci, ali ovog puta želeli smo da snimimo pravu informaciju", kaže on.

Istraživači su počeli od toga da svaki kadar filma razbiju na fragmente od 36 x 26 piksela. Zatim su razvili način da kodiraju boju za svaki piksel, koristeći nukleotide A, C, T i G, koji su gradivni elementi DNK.

Oni su takođe uključili kod koji pokazuje gde pripada koji fragment.

"Želeli smo da bakterijski DNK beleži novu informaciju tačno određenim redosledom", kaže Šipman.

Na kraju, svaki kadar bio je sačinjen od 104 DNK sekvence koje je tim ubacio u populaciju bakterijskih ćelija u procesu elektroporacije. U suštini, oni su ćelije izložili jakoj struji, koja je otvrorila membrane njihovih ćelija i omogućila informacijama da prođu.

Kad su delovi DNK prodrli u ćeliju, istraživači su se oslonili na tehniku CRISPR, kako bi izdvojili slobodne piksele i ubacili ih u genom bakterije.

Uz pomoć tog procesa, Šipman i njegove kolege su "aploudovale" film u DNK bakterije.

Nakon što je celi GIF prebačen u genom, naučnici su ekstrahovali DNK iz ćelija i zatim sekvencirali delove za koje su smatrali da sadrže ugrađen film. "Provukli" su ih kroz kompjuterski program i po prvi put pogledali film "snimljen" u živom genomu i to sa 90 odsto tačnosti.

Ispostavilo se da ovakvo manipulisanje genima uopšte ne škodi ćeliji, a bakterije koje su u sebi nosile film normalno su se razmnožavale nakon sedam dana provedenih u fiziološkom rastvoru.

Šipman kaže da je viši cilj izgradnja malih bioloških rekordera koji mogu da skladište informacije unutar ćelije ili u njenom okruženju.

Recimo, bilo bi zanimljivo saznati šta izaziva razvoj ćelija mozga, koje sve izgledaju identično i pređu u jedan ili drugi oblik neurona. Na posletku, nada se da će stvoriti način da pojedinačne ćelije snime molekularne korake koje ih navode da postanu određeni tip neurona.

"Potencijalno bismo mogli da ovu tehniku koristimo za modelovanje bolesti ili čak razvoj terapija, ali i razotkrijemo način na koji funkcionišu neuroni. Adekvatan molekularni rekorder omogućio bi nam da prikupljamo podatke iz svake ćelije mozga odjednom, bez potrebe za direktnim posmatranjem ćelija ili remećenjem sistema", kaže Šipman.

Detalji o stvaranju molekularnog filma opisani su u novom broju časopisa "Nature".