Некоторые микробы могут формировать воспоминания, хотя, что неудобно для ученых, изучающих этот процесс, они делают это не очень часто.
Исследователи Рокфеллеровского университета и их коллеги из Калифорнийского университета в Беркли нашли способ заставить бактерии гораздо чаще кодировать воспоминания. Их открытие было описано 22 декабря в Molecular Cell..
«CRISPR, адаптивная иммунная система, присутствующая во многих бактериях, запоминает вирусы, сохраняя фрагменты их ДНК. Но в природе такие события записи случаются очень редко», - говорит старший автор Лучано Марраффини, глава Лаборатории бактериологии..
«Мы выявили единственную мутацию, которая заставляет бактериальные клетки приобретать генетическую память о вирусах в 100 раз чаще, чем это происходит естественным образом», - добавляет он. «Эта мутация предоставляет мощный инструмент для экспериментов в нашей лаборатории и в других местах и может облегчить создание устройств хранения данных на основе ДНК».
Если вирус, зарегистрированный системой CRISPR бактерии, появляется снова, для его уничтожения отправляется фермент, известный как Cas9. Точность системы уже сделала ее важным инструментом для редактирования геномов, и ученые ищут другие потенциальные приложения.
Для текущего исследования команда случайным образом ввела мутации в ген Cas9 и обнаружила, что одна из них побуждает бактерии быстрее приобретать генетическую память. В нормальных условиях, если исследователи подвергают 100 000 бактериальных клеток воздействию одного и того же потенциально смертельного вируса, только одна из них, как правило, получает фрагмент ДНК, который может позволить ей пережить будущую атаку. В клетках, сконструированных для переноса этой новой мутации, соотношение увеличивается до 1 на 1000.
Мутация быстро стала полезной почти во всех проектах, проводимых в лаборатории Марраффини. Работая с микробами, чья генетическая память была улучшена таким образом, ученые могут генерировать гораздо больше данных о различных аспектах CRISPR.
Могут быть и другие приложения, хотя некоторые из них еще далеко на горизонте. Некоторые синтетические биологи - ученые, разрабатывающие и строящие новые биологические машины - считают, что система, подобная CRISPR, может быть адаптирована для сбора информации об активности нейронов, о том, как клетки реагируют на внешние раздражители, или о траектории метастазирования раковых клеток. Исследователи говорят, что хотя для разработки системы записи на основе CRISPR остается много препятствий, эта мутация потенциально может сделать ее более реалистичной..
Открытие также поднимает вопрос: если эта мутация делает бактерии более способными к самозащите, почему они не эволюционировали, чтобы нести ее естественным образом? «С CRISPR приходится идти на компромисс», - объясняет первый автор Роберт Хелер, аспирант лаборатории. Хотя система защищает клетки, иногда она может дать осечку, получая фрагменты ДНК от своего хозяина, а не от вторгшегося вируса, что приводит к самоуничтожению клетки. «Если их не осаждает чрезвычайно большое количество вирусов, которым требуется мощная защита CRISPR-Cas, микробы без мутации имеют преимущество в выживании, потому что они менее склонны к этому типу самоубийства», - говорит Хелер..