Превращение ДНК в жёсткий диск

Учёные хотят создать устройства, способные работать в гораздо меньшем масштабе и записывать данные внутри отдельных клеток. Один из способов — создать микроскопическое запоминающее устройство из ДНК, молекулы, которая уже хранит генетические чертежи всех живых существ.

Биоинженер из Стэнфордского университета Дрю Энди — пионер в области синтетической биологии, которая стремится превратить основные строительные блоки природы в инструменты для создания живых машин. На прошлой неделе члены его лаборатории сообщили в Proceedings of the National Academies of Sciences, что они нашли способ превратить ДНК в перезаписываемое устройство для хранения данных, способное работать внутри клетки.

Как работает система хранения данных?

Учёные сконструировали небольшую последовательность ДНК и вставили её в хромосому бактерии E. coli. Затем они воздействовали на эту ДНК ферментами. При одном наборе условий фермент интеграза вырезает участок ДНК из генома, переворачивает его и вставляет обратно. При другом наборе условий другой набор ферментов (интеграза и контролирующий белок эксицизаза) находит эту перевёрнутую ДНК, вырезает её, возвращает в нормальную ориентацию и «склеивает» хромосому обратно.

Бинарная цифра (бит) кодируется в ДНК путём сопоставления «0» с нормальной ориентацией ДНК и «1» с перевёрнутой ориентацией. Поскольку ДНК может существовать только в одной из двух ориентаций, это даёт удобный способ хранения бинарных цифр.

Ключевое достижение

Главным прорывом стала возможность переключать этот «ДНК-переключатель» туда и обратно, чего раньше сделать не удавалось. Балансировка нужного количества двух ферментов (интеграза и эксицизаза) в клетках потребовала 750 попыток и три года работы.

Потенциальное применение

• Медицина: Например, для контроля репликации engineered иммунных клеток, нацеленных на опухоль, чтобы избежать чрезмерного размножения и аутоиммунного ответа.
• Очистка сточных вод: Система могла бы автоматически адаптироваться для обработки нестандартных загрязнений, например, масляных стоков после ливня.
• Фундаментальные исследования: Восемь бит (байт) позволили бы считать до 256, что открыло бы возможности для изучения развития организма от оплодотворённой яйцеклетки до взрослой особи.

Что дальше?

Следующие шаги — масштабирование системы с одного бита до байта (8 бит) и демонстрация работы технологии в различных организмах. Учёные подчёркивают, что они работают над созданием инструментов, которые позволят быстрее и эффективнее проектировать, создавать и тестировать биологические системы, подобно тому, как развитие инструментов (языков программирования, автоматизации) привело к эволюции компьютеров.