CRISPR被廣泛用於基因編輯,但麻省理工學院研究小組決定採用它來實現記憶儲存。在細菌中,這一系統記錄了過去的病毒感染,因此細胞可以記住並抵禦入侵的病毒。
麻省理工學院的生物工程師們設計了一種方法在人類細胞DNA中記錄複雜的歷史,使得他們能夠通過測序DNA檢索有關過去事件的「記憶」,例如炎症。
這一首個可以記錄人類細胞中事件持續時間和/或強度的模擬記憶存儲系統,還能夠幫助科學家們研究胚胎發育過程中細胞分化為各種組織的機制,細胞如何經受環境條件,以及它們是如何經歷導致疾病的遺傳改變的。
這項研究發布在8月18日的《科學》(Science)雜誌上。麻省理工學院電子學研究實驗室合成生物學研究組負責人、電子工程、計算機科學和生物工程系的副教授盧冠達(Timothy Lu)博士是這篇論文的資深作者。這位年僅三十五歲的科研新星曾被麻省理工的百年期刊《技術評論》評為世界青年科技創新家。他不僅在合成生物學領域碩果纍纍,近年也取得了多項CRISPR研究的重要成果。Samuel Perli博士與研究生Cheryl Cui是這篇論文的第一作者。
當使用CRISPR來編輯基因時,研究人員會製造出與宿主生物基因組中靶序列匹配的RNA嚮導鏈。為了編碼記憶,研究小組採用了一種不同的方法:他們設計了一些嚮導鏈來識別編碼同樣的嚮導鏈的DNA,構建出他們所謂的「自我靶向嚮導RNA」。
在這一自我靶向嚮導RNA鏈的帶領下,Cas9切割了編碼這一嚮導鏈的DNA,生成了一種突變成為這一事件的永久記錄。在發生突變後,這一DNA序列會生成一個新的嚮導RNA鏈,引導Cas9去到新突變的DNA處,只要Cas9活化或自我靶向嚮導RNA表達就會累積進一步的突變。
通過利用特異生物事件的傳感器來控制Cas9或自我靶向嚮導RNA的活性,這一系統促成了根據這些生物輸入信號而累積的漸進突變,由此提供了基因組編碼記憶。