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麻省理工团队用活细胞构建微型计算机,即时读

发布时间:2019/09/16标签:   细胞    点击量:

原标题:麻省理工团队用活细胞构建微型计算机,即时读
这是一个生物学和盘算机迷信联合的典型,麻省理工学院的迷信家应用基因编纂技巧将细胞变成微型盘算机,可完成读取、写入和履行的功效。DNA 盘算机在 1990 年月就呈现了,与电子盘算机用“0”和“1”来贮存信息差别,DNA 盘算机将信息贮存在形成 DNA 份子的A、C、G、T中。只是这些 DNA 信息在活细胞中不轻易转变,因此盘算迟缓。因而麻省理工学院的迷信家盼望减速这一进程,发现了一种称作DOMINO的技巧,该技巧全称是基于 DNA 的有序存储器和迭代收集运转者。它树立在 CRISPR 基因编纂技巧基本上,旨在呼应小份子或光照等生物信号。8 月 22 日,这篇文章以《活细胞中单核苷酸辨别率的盘算和贮存》为题宣布在《份子细胞》期刊(Molecular Cell)。通信作者是来自麻省理工学院的施密特迷信博士后研讨员 Fahim Farzadfard 与电气工程与盘算机迷信系、生物工程系副教学卢冠达(Timothy K. Lu)。这是 Fahim Farzadfard 做的艺术图。他们开辟的 DOMINO 是一种记载生物信息并在活细胞中停止逻辑和盘算的技巧,该技巧经过 DNA 写入变乱的级联(相似于多米诺骨牌),为活细胞中的信息传布、盘算和存储供给了强盛且可扩大的方式。起源:Fahim Farzadfard应用碱基渐变完成单核苷酸辨别率,无需损坏细胞因其广泛存在的长久性和生物功效兼容性,DNA 成为野生生物信息贮存的幻想介质,特殊是跟着 DNA 测序效力的晋升以及本钱降落,其信息贮存上风日渐显明。现在基因组编纂技巧让人们能更便利转变遗传信息。DNA 编纂器能够对活细胞内所含 DNA 停止拔出、删除、倒位或碱基调换渐变等情势,并可用于辨别差别 DNA 影象状况。长久的细胞变乱,比方卵白质-卵白质彼此感化,能够作为转录输入被 DNA 信息贮存。此前的活细胞 DNA 技巧只能读取或写入,也就是说,在一两个份子变乱后该细胞就结束了数据贮存,其编码容量和可扩大性遭到限度,不能用来持续监控静态信号或长时光汗青信号,而且缺少便利的读写和监控操纵形式。因而,人们须要一种高效且持重的份子记载和 DNA 影象平台,像硬盘一样可能停止信息存储和盘算,Fahim Farzadfard 等人构建的活细胞 DNA 份子记载仪则可能编码更多信息。这是一种非损坏性的 DNA 讲演基因回路,能够呼应细胞内的领导 RNA(gRNA)渐变贮存状况,最初以差别程度输入。因而体系读取只要要测定回路状况,而无需损坏细胞和 DNA 测序读数。DOMINO 存储器架构的表示图。起源:Molecular Cell为了到达更高的准确度,研讨职员将一种 Cas9 与近来开辟的碱基编纂酶融会,该酶能够将核苷酸胞嘧啶转化为胸腺嘧啶而不损坏双链 DNA。详细而言,研讨职员应用基因编纂技巧构建了一个单核苷酸辨别率的读写头,这个读写头由与胞苷脱氨酶融会的 Cas9 瘦语酶与尿嘧啶 DNA 糖基化酶克制剂构成。Cas9 瘦语酶用来读取,由 gRNA 指向特定的 DNA 靶标并将其切割,胞苷脱氨酶用来写入,而尿嘧啶 DNA 糖基化酶克制剂则能够经过阻断细胞修复机制进步写入效力。一旦 12 碱基对的 gRNA 序列定位到靶标,编纂器模块能够让靶标序列5’末了(5’末了表现 DNA 复制或转录的偏向)邻近的脱氧胞苷脱氨基,以后引入胞嘧啶-胸腺嘧啶渐变,从而在 DNA 中发生永恒记载。也就是说,只要细胞中存在特定 DNA 序列时,胞嘧啶转换为胸腺嘧啶才会产生,那末经过丈量这类渐变便可失掉细胞碰到的信号。读写头在引诱型启动子操纵下,能够经过外部或内部输出操纵该体系中的 DNA 写入。这里读写头的表白可看做是操纵信号,而操纵 gRNA 表白的信号则是自力可控的输出。研讨职员还能够经过计划 DOMINO 体系来完成每套输出失掉一个奇特的辨认标记,那末从这个辨认标记也能揣测出本来的体系输出是甚么。根据研讨职员的计划,终极的输入成果会激活绿色荧光卵白表白,那末经过丈量绿色荧光的表白程度,便可得悉细胞内产生了几多渐变,这就幸免了测序损坏细胞。经过如许的操纵,DOMINO 体系完成了超出 DNA 只能读写而输入只能损坏细胞来测序读取的做法,而且完成临时连续记载和监测。

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