- 美國科學家制造“基因組錄音機”醫學傳感器
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2014/11/17
美國麻省理工學院的工程師們將大腸桿菌的基因組改造成了長期的記憶儲存設備。他們預想，這一穩定的、可擦除且易于檢索的記憶，將會特別適合于諸如環境和醫學監測傳感器等應用。領導這項研究的是麻省理工學院生物工程、電子工程及計算機科學系副教授盧冠達(TimothyLu)。
研究人員在11月13日的《科學》（Science）雜志上詳細地描述了這一新的策略。盧冠達說，其克服了在細菌基因組中存儲記憶的現有方法的一些局限。當前的方法需要大量的遺傳調控元件，這限制了可以存儲的信息量。
早期的研究工作也僅限于數字記憶，這意味著它們只可以儲存全或無（all-or-nothing）記憶，例如一個特定事件是否會發生。盧冠達和論文的主要作者、研究生FahimFarzadfard，打算構建一個可存儲模擬記憶的系統，這可以揭示出暴露的程度，以及持續的時間。為此，他們設計出了一種“基因組錄音機”，使得研究人員可以將早期的信息寫入到所有的細菌DNA序列中。
穩定的記憶
為了編程大腸桿菌來儲存記憶，麻省理工學院的研究人員改造細胞生成了一種重組酶，其可以將DNA或是特異的單鏈DNA序列插入到靶位點中。而只有當存在一種預定分子或其他類型的輸入信號如光時才能激活這一DNA。
在生成DNA后，重組酶將這一DNA插入到了細胞基因組中的預編程位點。“我們可以靶向基因組中的任何位點，這就是為什么我們把它視作是一種錄音機的原因，因為你可以控制信號寫入的位置，”盧冠達說。
一旦通過這一過程記錄下一種暴露，這種記憶可以在菌群中終生儲存，并一代代向下傳遞。
有幾種不同的方法可以檢索這一儲存信息。如果DNA是插入到基因組的非功能區域，測序基因組將會揭示這一記憶是否存儲到了特定細胞中。或者研究人員可靶向這些序列來改變一種基因。例如，在這項研究中新的DNA序列開啟了一個抗生素抗性基因，研究人員通過給細胞添加抗生素并觀察細胞存活的數量，可以確定有多少細胞得到了這一記憶序列。
通過檢測具有這一DNA序列的細胞在群體中的比例，研究人員可以確定暴露的程度以及其持續的時間。盧冠達說，在這篇文章中，研究人員利用了這一系統來檢測光、一種叫做IPTG的乳糖代謝物，以及一種抗生素衍生物aTc。它還可以定制成許多其他的分子或是細胞生成的信號。
通過刺激細胞或是將不同的DNA片段整合到同一位點，還可以擦除這一信息。當前這一過程效率還不是很高，但研究人員正在致力改善它。
細菌傳感器
這類傳感器可以被投入到環境應用中，包括監測海洋的二氧化碳水平、酸度或污染物。此外，還有可能設計出一些生活在人類消化道中的細菌來檢測某人的飲食攝入，例如其消耗多少的糖或脂肪，或是檢測腸易激綜合征引發的炎癥。
盧冠達說，這些遺傳改造細菌還可用作為生物計算機，它們尤其適用于需要大量并行處理的各種計算，例如辨認圖像模式。免費索取默克密理博Stericup&Steritop無菌過濾裝置資料，實現高流量、高通量、高特異性蛋白質吸附
“由于在一個試管中有數十億計的細菌，現在我們開始利用更多這樣的菌群來儲存記憶及進行計算，完成高度并行的計算有可能蠻有趣。它也許是緩慢的，但也可能是節能的，”他說。
另一種可能的應用是，操控活體動物的腦細胞或培養皿中培育的人類細胞，這將使得研究人員能夠追蹤在某一時間是否表達了某種疾病標記物或是一種神經元是否活化。“如果你能將細胞內的DNA轉化為一種小型的儲存裝置，然后將其與你關心的東西關聯起來，你可以寫下這一信息，然后再提取它，”盧冠達說。
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