Ученые впервые в истории смогли закодировать в ДНК графические изображения и несколько кадров видео. Это достижение открывает новую главу в редактировании геномов.
О своих результатах американские специалисты из Гарвардского университета сообщили в свежем выпуске журнала Nature.
Главной целью исследования было продемонстрировать возможности системы CRISPR-Cas. Так называется молекулярный механизм, с помощью которого бактерии встраивают в свой геном отрезки ДНК вирусов, чтобы приобрести к ним иммунитет. Такие фрагменты чужеродной ДНК, встроенные в геном, называются спейсерами. Ученые уже давно обнаружили, что механизм CRISPR-Cas можно поставить на службу человека, чтобы наделять клетки спейсерами произвольного содержания.
Авторы исследования решили закодировать в таких спейсерах графические изображения. Они работали с кишечной палочкой E. coli, CRISPR-Cas система которой вставляет в геном спейсеры длиной 33 нуклеотидных основания («буквы» ДНК). В каждом из спейсеров, разбросанных по всему геному бактерии, с помощью последовательности нуклеотидов была зашифрована информация о цвете пикселей, а также о том, к какой части картинки они относятся.
Таким образом генетики смогли записать в ДНК бактерии изображение человеческой руки, а также пять фотографий скачущей лошади, образующие коротенький фильм (ученые воспользовались кадрами Эдварда Мэйбриджа, основоположника хронофотографии, которая предшествовала кинематографу). Например, для записи четырехцветного изображения размером 56 на 56 пикселей им понадобилось 112 спейсеров. Для записи фильма из 5 кадров в качестве носителя использовалась не одна бактериальная клетка, а сразу несколько, которые затем были помещены в одну чашку Петри.
После того, как запись была произведена и сменилось несколько поколений бактерий, ученые отсеквенировали (прочитали) их геном и смогли воспроизвести зашифрованные изображения с 90% точностью. Фактически, ДНК бактерий выступила в роли кассеты или диска, который можно использовать для записи и последующего считывания информации. Ученые надеются, что в будущем аналогичную методику можно будет использовать для отслеживания судьбы отдельных человеческих клеток (например, нейронов) и точечного редактирования геномов.
