Nei DNA Schreiwen Technik kann bakteriell Genome präzis an effizient änneren

Biologesch Ingenieuren um MIT hunn en neie Wee entwéckelt fir effizient Bakteriegenome z'änneren an Erënnerungen a Bakterienzellen ze programméieren andeems se hir DNA nei schreiwen. Benotzt dës Approche, verschidde Forme vu raimlecher an zäitlecher Informatioun kënne permanent fir Generatioune gespäichert ginn an erëmfonnt ginn duerch Sequenzen vun den DNA vun den Zellen.

Déi nei DNA Schreiwen Technik, wat d'Fuerscher HiSCRIBE nennen, ass vill méi effizient wéi virdru entwéckelt Systemer fir DNA a Bakterien z'änneren, deen en Erfolleg vun nëmmen ongeféier 1 op 10 hat, 000 Zellen pro Generatioun. An enger neier Etude, d'Fuerscher hunn bewisen datt dës Approche benotzt ka ginn fir d'Erënnerung un zellular Interaktiounen oder raimlech Location ze späicheren.

Dës Technik kéint et och méiglech maachen selektiv z'änneren, aktivéieren, oder Genen a bestëmmte Bakteriesaarten an enger natierlecher Gemeinschaft wéi dem mënschleche Mikrobiom liewen, soen d'Fuerscher.

Mat dësem neien DNA Schreifsystem, mir kënne bakteriell Genome präzis an effizient änneren ouni datt Dir eng Auswiel brauch, bannent komplexe bakterielle Ökosystemer. Dëst erlaabt eis Genom Editéieren an DNA Schreiwen ausserhalb vun de Labo Astellungen ze maachen, ob Bakterien ze konstruéieren, optimiséieren Eegeschafte vun Interesse an situ, oder studéiert evolutiv Dynamik an Interaktiounen an de bakterielle Populatiounen. "

Fahim Farzadfard, fréiere MIT Postdoc a Lead Autor vum Pabeier

Timothy Lu, en MIT Associé Professer fir Elektrotechnik a Informatik a vu biologeschen Ingenieur, ass den Senior Auteur vun der Studie, déi haut erschéngt am Zell Systemer . Nava Gharaei, e fréiere Graduéierter Student op der Harvard Universitéit, a Robert Citorik, e fréiere MIT Graduéierter Student, sinn och Autoren vun der Studie.

Genomeschreiwen an Erënnerungen ophuelen

Fir e puer Joer, Dem Lu säi Labo huet u Weeër geschafft fir DNA ze benotzen fir Informatioun ze späicheren, sou wéi Erënnerung u celluläre Eventer. Am Joer 2014, hien a Farzadfard hunn e Wee entwéckelt fir Bakterien als "genomesche Bandsrekorder ze benotzen, "Ingenieur E. coli fir laangfristeg Erënnerungen un Eventer ze späicheren wéi eng chemesch Belaaschtung.

Fir dat z'erreechen, d'Fuerscher hunn d'Zellen konstruéiert fir e Reverse Transkriptase Enzym ze produzéieren genannt Retron, déi eng eenzegstrengeg DNA (ssDNA) produzéiert wann se an den Zellen ausgedréckt gëtt, an e Rekombinase Enzym, déi eng spezifesch Sequenz vun Eenstreng DNA an eng geziilte Site am Genom setze kann ("schreiwen"). Dës DNA gëtt nëmme produzéiert wa se aktivéiert gëtt duerch d'Präsenz vun engem virbestëmmten Molekül oder enger anerer Aart vun Input, wéi Liicht. Nodeems d'DNA produzéiert gouf, d'Rekombinase setzt d'DNA an e virprogramméierten Site an, déi iwwerall am Genom ka sinn.

Déi Technik, wat d'Fuerscher SCRIBE genannt hunn, hat eng relativ niddereg Schreifeffizienz. An all Generatioun, vun 10, 000 E. coli Zellen, nëmmen een kritt déi nei DNA, déi d'Fuerscher probéiert hunn an d'Zellen opzehuelen. Dëst ass deelweis well de E. coli hunn zellulär Mechanismen déi verhënneren datt eenstrengeg DNA accumuléiert an an hire Genome integréiert gëtt.

An der neier Etude, d'Fuerscher hu probéiert d'Effizienz vum Prozess ze stäerken andeems e puer vun hinnen eliminéiert goufen E. coli ' s Verteidegungsmechanismen géint eenstrengeg DNA. Éischten, si behalen Enzyme genannt Exonucleasen, déi eenstrengeg DNA ofbriechen. Si hunn och Genen ausgeschloen, déi an engem System involvéiert sinn, genannt mismatch Reparatur, déi normalerweis d'Integratioun vun engerstrengeger DNA am Genom verhënnert.

Mat deenen Ännerungen, d'Fuerscher konnte bal universell Inkorporatioun vun de genetesche Verännerungen erreechen, déi se probéiert hunn aféieren, en eemolegen an effizienten Wee erstallt fir bakteriell Genome z'änneren ouni Selektioun ze brauchen.

"Wéinst dëser Verbesserung, mir konnten e puer Uwendungen maachen, déi mir net konnten mat der viregter Generatioun vu SCRIBE oder mat aneren DNA Schreiwen Technologien, "Seet de Farzadfard.

Cellulär Interaktiounen

An hirer Studie 2014, d'Fuerscher weisen datt se SCRIBE benotze fir d'Dauer an d'Intensitéit vun der Expositioun fir e spezifescht Molekül opzehuelen. Mat hirem neien HiSCRIBE System, si kënnen dës Aarte vu Beliichtungen souwéi zousätzlech Aarte vun Eventer verfollegen, wéi Interaktiounen tëscht Zellen.

Als ee Beispill, d'Fuerscher hunn gewisen datt si e Prozess verfollegen, genannt bakteriell Konjugatioun, wärend Bakterien Stécker vun DNA austauschen. Duerch d'Integratioun vun engem DNA "Barcode" am Genom vun all Zell, déi dann mat aneren Zellen austauscht kënne ginn, d'Fuerscher kënne bestëmmen wéi eng Zellen matenee interagéiert hunn andeems se hir DNA sequenzéieren fir ze kucken wéi eng Barcoden se droen.

Dës Zort Kaarten kann d'Fuerscher hëllefen ze studéieren wéi Bakterien matenee kommunizéieren bannent Aggregater wéi Biofilmer. Wann eng ähnlech Approche a Mamendéierenzellen ofgebaut ka ginn, et kéint iergendwann benotzt gi fir Interaktiounen tëscht aneren Aarte vun Zellen wéi Neuronen ze mapen, Farzadfard seet. Virussen, déi neurale Synapse kënnen iwwerquéieren, kéinte programméiert ginn fir DNA Barcoden ze droen, déi d'Fuerscher benotze fir Verbindunge tëscht Neuronen ze verfollegen, bitt en neie Wee fir de Verbindung vum Gehir ze hëllefen ze mapen.

"Mir benotzen d'DNA als Mechanismus fir raimlech Informatioun iwwer d'Interaktioun vu Bakterienzellen opzehuelen, a vläicht an der Zukunft, Neuronen déi markéiert goufen, "Seet de Farzadfard.

D'Fuerscher hunn och gewisen datt si dës Technik benotze kéinte spezifesch de Genom vun enger Bakteriesort an enger Gemeinschaft vu ville Arten spezifesch änneren. An dësem Fall, si hunn d'Gen agefouert fir en Enzym dat Galaktose ofbrach an E. coli Zellen, déi an der Kultur mat verschiddenen anere Bakterien wuessen.

Dës Zort vun art-selektiv Redaktioun kéint e neie Wee bidden fir antibiotikresistent Bakterien méi ufälleg fir existent Medikamenter ze maachen andeems se hir Resistenzgenen ofschalten, soen d'Fuerscher. Wéi och ëmmer, sou Behandlungen erfuerderen wahrscheinlech e puer Joer méi Joer Fuerschung fir z'entwéckelen, si soen.

D'Fuerscher hunn och gewisen datt si dës Technik benotze kéinte fir e synthetescht Ökosystem aus Bakterien a Bakteriophagen ze konstruéieren, déi bestëmmte Segmenter vun hirem Genom kontinuéierlech nei kënnen iwwerschreiwe an autonom evoluéiere mat engem Taux méi héich wéi méiglech mat der natierlecher Evolutioun. An dësem Fall, si konnten d'Fäegkeet vun den Zellen optimiséieren fir de Laktosekonsum ze konsuméieren.

"Dës Approche kéint benotzt ginn fir evolutiv Ingenieuren vu celluläre Spuren, oder an experimentellen Evolutiounsstudien andeems Dir Iech de Band vun der Evolutioun ëmmer erëm nei spillt, "Seet de Farzadfard.

• Mobil interventionell Stroke Team reest u Patienten fir e méi schnellen Zougang zu chirurgescher Behandlung ze bidden
• Bakteriophager benannt nom Norfolk Duerf vu Colney kéinten hëllefen C. difficile Infektiounen ze bekämpfen