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高精度技术在DNA中存储细胞“记忆”

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-08-23 12:54  浏览次数:0
摘 要:几年前,Lu的实验室开发了一种基于称为DNA重组酶的记忆存储系统,当特定事件发生时,它可以翻转DNA片段。然而,这种方法在规模上
     几年前,Lu的实验室开发了一种基于称为DNA重组酶的记忆存储系统,当特定事件发生时,它可以“翻转”DNA片段。然而,这种方法在规模上是有限的:它只能记录一个或两个事件,因为必须翻转的DNA序列非常大,并且每个都需要不同的重组酶。
 
     然后,Lu和Farzadfard开发了一种更具针对性的方法,在这种方法中,他们可以将新DNA序列插入基因组中的预定位置,但这种方法仅适用于细菌细胞。 2016年,他们开发了一种基于CRISPR的记忆存储系统,这是一种基因组编辑系统,由称为Cas9的DNA切割酶和将酶引导至基因组特定区域的短RNA链组成。
 
      这种基于CRISPR的过程允许研究人员在特定的DNA位置插入突变,但它依赖于细胞自身的DNA修复机制,在Cas9切割DNA后产生突变。这意味着突变结果并不总是可预测的,因此限制了可以存储的信息量。
 
 
      新的DOMINO系统使用CRISPR-Cas9酶的变体,它可以产生更明确的突变,因为它可以直接修改和存储DNA碱基中的信息,而不是切割DNA并等待细胞修复损伤。研究人员表明,他们可以使这个系统在人体和细菌细胞中都能正常工作。
 
 
      为了达到更高的精确度,研究人员将Cas9的一个版本附加到最近开发的“碱基编辑”酶中,该酶可以将核苷酸胞嘧啶转化为胸腺嘧啶而不破坏双链DNA。
 
      只有在细胞中存在某些输入时,才会产生指导RNA链,它指导基础编辑器进行切换的位置。当存在目标输入之一时,指导RNA将基因编辑器引导至研究人员添加到细胞核中的一段DNA,或者根据应用程序添加到细胞自身基因组中发现的基因。通过测量得到的胞嘧啶突变为胸腺嘧啶突变,研究人员可以确定细胞暴露于何种细胞。“你可以设计系统,使每个输入组合为你提供一个独特的突变签名,从这个签名中你可以知道输入的哪个组合,”Farzadfard说。
 
复杂的计算
 
     研究人员使用DOMINO创建执行逻辑计算的电路,包括AND和OR门,可以检测多个输入的存在。他们还创建了可以记录以特定顺序发生的级联事件的电路,类似于多米诺骨牌下降的阵列。
 
     大多数先前版本的蜂窝存储器存储器需要通过对DNA进行测序来读取存储的存储器。然而,该过程会破坏细胞,因此不能对它们进行进一步的实验。在这项研究中,研究人员设计了他们的电路,以便最终输出激活绿色荧光蛋白(GFP)的基因。通过测量荧光水平,研究人员可以估计累积了多少突变,而不会杀死细胞。研究人员说,另一个可能的应用是设计能够检测与癌症相关的基因活动的电路。 这样的电路也可以编程为打开产生抗癌分子的基因,使系统能够检测和治疗疾病。 “这些应用可能会远离实际使用,但肯定是通过这种技术实现的,”Lu说。
 
 
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