世界上最小的录音机是由微生物制造的

NEW YORK，NY（2017年11月23日） - 通过一些聪明的黑客分子，研究人员在哥伦比亚大学欧文医疗中心已经转换一个天然细菌免疫系统进入一个微观的数据记录，奠定了基础一类新的技术，使用细菌细胞一切从疾病诊断到环境监测。

研究人员修改了无处不在的人体肠道微生物的普通实验室应变大肠杆菌这使得细菌不仅能记录它们与环境的相互作用，还能记录事件的时间。

“这些细菌被病人吞下后，可能会记录下它们在整个消化道中经历的变化，从而对以前无法接触到的现象产生前所未有的看法，”哈里斯·王博士说。哥伦比亚大学病理、细胞生物学和系统生物学系的助理教授，也是这项新工作的资深作者，发表在今天的《科学》杂志上。其他的应用还包括环境传感以及生态学和微生物学的基础研究，在这些研究中，细菌可以在不破坏环境的情况下监测不可见的变化。

王博士和他的实验室成员利用CRISPR-Cas，一种多种细菌的免疫系统，创造了这个显微数据记录仪。CRISPR-Cas复制入侵病毒的DNA片段，这样后代的细菌就能更有效地击退这些病原体。因此，细菌基因组的CRISPR位点积累了它及其祖先存活下来的细菌病毒的年代记录。当这些病毒再次试图感染时，CRISPR-Cas系统可以识别并消灭它们。

“该CRISPR-CAS系统是一种天然的生物存储设备，”王医生说。“从工程的角度看这其实相当不错，因为它已经已经通过进化磨练是在存储信息的真正伟大的系统。”

CRISPR-CAS通常使用其记录序列来检测和切割传入的噬菌体的DNA。这种DNA切割活性的特异性取得了CRISPR-CAS基因治疗研究人员，谁修改了它，使在培养的细胞，实验动物，甚至人类的基因组精确变化的宠儿。事实上，十几临床试验正在进行中，通过CRISPR-CAS基因疗法来治疗各种疾病。

但是拉维谢斯，一名研究生在王医生的实验室，看到了CRISPR-CAS的录音功能尚未实现的潜力。“当你想到录音时间用电子或录音...这是一个非常强大的技术变化的信号，但我们正在考虑如何可以扩展这个活细胞自己呢？”谢斯说。

建立其微观录音机，谢斯和王实验室的其他成员修饰的DNA片段称为质粒，给它在细菌细胞中响应于外部信号，以创建其自身的多个拷贝的能力。一个单独的记录质粒，其驱动所述记录器和标记时间，表达CRISPR-CAS系统的部件。在没有外部信号的，只记录质粒是活动的，并且所述细胞添加间隔序列的副本，以在其基因组的基因座CRISPR。当由细胞检测出的外部信号，另一个质粒也被激活，从而导致它的序列插入代替。结果是，取决于细胞环境的记录时间和信号序列变化背景序列的混合物。然后，研究人员可以检查细菌CRISPR位点，并使用计算工具来读取记录发生的时间。

目前纸证明该系统至少可以处理三个同步信号，并记录了好几天。

“现在我们打算看看有可能在自然或疾病状态的变化而改变，在胃肠系统或其他地方不同的标记，”王医生说。

合成生物学家曾经使用CRISPR存储诗，书，并在DNA的图像，但是这是第一次CRISPR已被用来记录细胞活性和这些事件发生的时间。

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