利用Crispr基因編輯技術，科學家將GIF轉存到活體細菌上

來源｜theverge

作者｜Angela Chen

編譯｜Xtecher 大琴

微信公眾號ID｜Xtecher

據外媒報道，最近一組科學家利用 Crispr 基因編輯技術，將一張「馬賽克動圖」編碼植入到了活性細菌的 DNA 中。這項實驗旨在展示基因存儲的強大能力，研究詳情已經發表在了近日出版的《自然》期刊上。

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左邊是「Anna G」馬賽克動圖的框架，它們被編碼成核苷酸，並由Crispr基因編輯技術依次實驗捕獲，將其植入活性細菌的DNA當中；右邊是多代細菌生長後的框架。／圖片來源：Seth Shipman

科學家已經將GIF動圖轉存、嵌入到活細菌的DNA當中。未來，將信息嵌入我們的皮膚當中，這或許我們又近了一步。

實際上，使用DNA存儲數據並不新鮮，我們早就已經聽說過「基因能夠儲存大量信息」的概念。據Xtecher了解，此前也有科學家嘗試過將近60萬字的《戰爭與和平》小說嵌入其中，以及像斯瓦爾巴全球種子庫的植物材料歸檔那樣。不過它們都是合成DNA，而不是本次這樣的活細菌DNA。

將信息存在活細菌DNA當中更加困難，因為細胞總是在變化。在《自然》期刊上發表的這篇文章中，科學家們利用細菌的自然防禦系統，將Eadweard Muybridge的《Human and Animal Locomotion》（人類和動物運動）中的一張手的圖和一個五幀的剪輯嵌入到了大腸桿菌當中。嵌入之後，它們完美地重構了圖像，視頻精確度達到90%。

左邊是人手的形象，它被編碼成核苷酸並被由Crispr基因編輯技術植入活細菌當中。右邊是多代細菌生長後的圖像，通過測序細菌基因組來恢復。

該技術利用基因編輯系統Crispr，當病毒攻擊細胞時，細菌使用這種防禦機制來切斷部分病毒的DNA並將其拷貝到自己的DNA當中。這基本使病毒DNA成為細菌細胞的一部分。同時，這些序列還可以記憶病毒的入侵，如果再次受到攻擊的話，細胞可以直接出擊並切斷該升級版的病毒。

哈佛大學神經科學研究員，該研究的聯合研究員Seth Shipman表示：「這些病毒攻擊是按照與之相反的時間順序進行記錄的，因此，隨著時間的推移，這些序列將成為所有入侵的、不同的病毒的活體物理紀錄」。

研究員嵌入在大腸桿菌內的圖像和視頻由黑白像素組成。首先，科學家將像素編碼成DNA，然後將這些DNA通過電流放入大腸桿菌的細胞當中。在細胞壁上打開一個小通道，跨細胞運行電流，然後DNA可以流入。在這裡腸桿菌的Crispr系統抓住了DNA並將其納入自身的基因組。Shipman表示：「我們發現，如果我們讓自己提供的序列看起來像是系統通常從細胞中獲取的那樣，這些序列通常會採取我們提供的編碼。」

一旦信息嵌入細菌，下一步就是測序。因此，該研究小組對大腸桿菌的DNA進行了測序，並通過計算機程序運行序列，從而成功複製了原始圖像。因此，您在文章一開頭看到的「賓士的駿馬」就是計算機對DNA序列的測試，畢竟，我們不能用肉眼看到DNA。

圖像和視頻的選擇並不是隨機的，Shipma表示該團隊希望參考一些人類曾經放在自然界中的原始形象，比如現在團隊手中的洞穴畫。Muybridge電影的五幀動圖也是此次動態影像之一，圖中一匹馳騁的駿馬，這使用了20世紀70年代的新技術。Shipman表示，「我們還將以新的方式將信息編碼到自然界，並嘗試和測試新的東西」。

只是，到目前為止，這種方式無法處理大量的信息。文章一開始的動圖只有36*26像素，如果我們想在合成DNA存儲更長的電影和書籍，未來還有很長的路要走。

但使用活細菌編碼存儲的新方法打開了令人興奮的大門，也證明了活細菌DNA存儲的可能性。例如，我們可以使細胞記錄附近環境中發生的情況。作為神經科學家，Shipman希望有一天可以將Crispr系統用於記錄隨時間發生的事件，例如神經元在大腦中的形成。是的，也許未來有一天，你可以將《權力遊戲》嵌入你的皮膚當中。

據Xtecher了解，Crispr 被認為是下一個重大科學應用，它能夠安全地切開一段 DNA，並將新基因材料拼接上去。其應用領域非常廣泛，甚至在未來還能切除致病基因片段、添加健康材料，攻克癌症等等。

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封面來源：網路 排版：陳光 校對：陳光

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