Eadweard Muybridge bol priekopníkom ranej kinematografie a vedeckého pozorovania. Jeho ikonický klip cválajúceho koňa bol známym spôsobom použitý na uzavretie stávky o to, či zviera zdvihne všetky štyri kopytá zo zeme, keď je v pohybe.
Po viac ako 130 rokoch od tohto prelomu je Muybridge v centre ďalšieho, pretože vedci úspešne zakódovali tento ikonický film do DNA živých buniek. Výsledkom je takzvaný organický GIF a je prvým krokom k tomu, čo výskumníci označujú ako „molekulárny záznamník“, schopný existovať, pozorovať a zachytávať informácie v živých bunkách.
Pozri súvisiace
„Chceme premeniť bunky na historikov,“ vysvetlil neurológ Seth Shipman, genetik z Harvard Medical School. "Predstavujeme si systém biologickej pamäte, ktorý je oveľa menší a všestrannejší ako dnešné technológie, ktorý bude v priebehu času nerušivo sledovať mnohé udalosti."
Použitie technológie úpravy génov CRISPRVedci financovaní Národným inštitútom zdravia (NIH) sa rozhodli dokázať, že akékoľvek ľubovoľné sekvenčné informácie – nielen genetické – môžu byť zakódované do genómu. Najprv to urobili s jediným obrázkom ľudskej ruky a pomocou bakteriálnej imunitnej obrany.
(Vyššie: Vľavo je obraz ľudskej ruky, ktorá bola zakódovaná do nukleotidov a zachytená adaptačným systémom CRISPR-Cas v živých baktériách. Vpravo je obraz po niekoľkých generáciách bakteriálneho rastu, získaný sekvenovaním bakteriálnych genómov. Poďakovanie: Seth Shipman)
Keď je baktéria napadnutá vírusom, jej bunky produkujú enzýmy na rezanie a spracovanie genetického kódu vírusu. Robí to preto, aby si zapamätal votrelca, vzal časť genetického kódu vírusu a pridal ho do vlastného genómu, ako keď nasadí hlavy na šťuky. Ako plynie čas, genóm baktérie rastie, pridáva sa viac genetického kódu z vírusov a na šťuku sa naskladá viac hláv.
Shipman a jeho kolegovia hackli tento proces pomocou systému CRISPR. CRISPR-Cas9 je proteín v imunitnom systéme baktérií, ktorý prerušuje genetický kód vírusu, zatiaľ čo Cas1 a Cas2 sú proteíny, ktoré vkladajú vírusovú DNA do genómu. Rozhodujúce je, že tieto proteíny pridávajú DNA v poradí, v akom sa vyskytujú, čo znamená, že vedci by mohli kŕmiť syntetické vlákna E. Coli DNA, špeciálne navrhnutá so sekvenčnými informáciami – ktoré možno potom dekódovať a premeniť na obrázok alebo sériu snímok v animácie. Pre viac informácií, prečítajte si naše úplné vysvetlenie na CRISPR.
Pozri súvisiace
Aj keď je kódovanie krátkeho filmu do DNA pôsobivé, vedci neplánujú vytvoriť nejaký typ aplikácie Netflix na bunkovej úrovni. Zámerom klipu Muybridge je ukázať priestor systému CRISPR na premenu živých buniek záznamové zariadenia, získavanie informácií zo svojho okolia a uchovávanie sekvenčných záznamov ich genóm. To by sa dalo použiť vo všetkom, od modelovania chorôb až po monitorovanie úrovne znečisťujúcich látok v pôde.
Jednou obzvlášť vzrušujúcou aplikáciou je neurológia. Shipman sa vyučil za neurológa a verí, že technológia by mohla hrať dôležitú úlohu výskumníci odhaľujú tajomstvá mozgu – zaznamenávaním mozgovej aktivity a vývoja zvnútra mozog. Zatiaľ čo Muybridgeove filmové techniky umožnili ľuďom vidieť to, čo bolo pre ľudské oko nepostrehnuteľné, aj „molekulárne rekordéry“ nám mohli poskytnúť pohľad na to, čo bolo doteraz skryté.
„Chceme použiť neuróny na zaznamenanie molekulárnej histórie mozgu prostredníctvom vývoja,“ povedal Shipman. "Takýto molekulárny záznamník nám umožní zbierať údaje z každej bunky v mozgu naraz, bez nich." potrebu získať prístup, priamo pozorovať bunky alebo narušiť systém na extrakciu genetického materiálu resp proteíny."
Zatiaľ čo Muybridge GIF je prvýkrát, čo bol film zakódovaný v DNA živých buniek, iní vedci už zaobchádzali s genetickými obvodmi ako s organickými súbormi ZIP. V marci dvojica výskumníkov z New York Genome Center zverejnila správu v Veda žurnál, ktorý podrobne popisuje metódy ukladania komprimovaných súborov v molekulách DNA.
S pomocou algoritmu na preklad súborov do binárneho kódu, ktorý možno mapovať na nukleotidové bázy DNA, výskumníkom sa podarilo zakódovať celkovo šesť súborov: akademický dokument z roku 1948, plaketu Pioneer, operačný systém, vírus, dokument z roku 1895 filmL’Arrivée d’un train en gare de La Ciotat…a darčeková karta Amazon v hodnote 50 dolárov.
