DNA Penyelidikan: Pengekodan Rekod Perubatan

Pada tahun 1878, satu siri gambar seorang penunggang kuda pada kuda gallopingnya telah berubah menjadi gambar pergerakan pertama yang bertajuk, "The Horse Galloping. "

Baru-baru ini, para penyelidik di Universiti Harvard dapat mencipta imej bergerak klasik ini ke dalam DNA bakterinya E. coli.

AdvertisementAdvertisement

Betul. Mereka mengarang filem menjadi bakteria.

Imej dan maklumat lain telah dikodkan ke dalam bakteria selama bertahun-tahun.

Walau bagaimanapun, penyelidik Harvard telah mengambil langkah seterusnya dengan alat pengeditan gen sistem CRISPR-Cas.

Proses itu membenarkan sel-sel untuk mengumpul maklumat yang dikodkan DNA secara kronologi supaya ia boleh membuat memori atau imej, sama seperti kamera filem.

"Pengambilan terbesar dari kerja ini ialah sistem CRISPR-Cas bakteria, yang di sini kita telah memanfaatkan sistem rakaman molekul sintetik, dapat menangkap dan menyimpan jumlah data praktikal yang praktikal," Jeff Nivala, PhD, penyelidik di jabatan genetik di Harvard Medical School, memberitahu Healthline.

advertisementAdvertisement

Bagaimana ia boleh digunakan pada manusia

Dengan pengekodan gambar-gambar nyata dan beberapa bingkai filem kuda klasik, Nivala dan rakan-rakannya cuba untuk membentangkan maklumat yang akan bergaul dengan orang ramai.

Titik yang lebih serius dalam penyelidikan mereka adalah untuk merekodkan maklumat biologi dari masa ke masa.

Oleh kerana gambar gerakan kini merupakan salah satu set data terbesar, para penyelidik percaya kerja mereka meletakkan asas untuk akhirnya dapat menggunakan bakteria sebagai kamera mini yang dapat mengembara ke seluruh tubuh, merekam maklumat yang tidak diketahui.

Kerja mereka mengubah cara sistem kompleks dalam biologi boleh dipelajari. Para penyelidik berharap perekam masa menjadi standard dalam semua biologi percubaan.

Pada masa ini, cara untuk mendapatkan maklumat daripada sel adalah untuk menontonnya atau mengganggu mereka dengan mengambil data. Dengan perakam molekul, sel itu mengkatalogkan datanya sendiri, bermakna ia dapat maju dan berkembang tanpa gangguan oleh para penyelidik.

AdvertisementAdvertisement

"Saya sangat teruja tentang kapasiti penyimpanan dan kestabilan sistem, yang berpotensi sangat besar dan panjang," jelas Nivala. "Ini penting kerana semasa kita membina kerja kita sekarang, kita berharap untuk menjejaki fenomena biologi yang sangat kompleks dalam tempoh masa yang panjang. Melakukannya dengan jayanya memerlukan sejumlah besar ruang storan yang stabil. "

Sebagai contoh, beliau percaya para penyelidik kini boleh melihat cara-cara menggunakan teknologi untuk kegunaan praktikal seperti pengaturcaraan bakteria usus anda untuk merekodkan maklumat tentang diet atau kesihatan anda.

"Doktor anda boleh menggunakan data ini untuk mendiagnosis dan mengesan penyakit," kata Nivala.

Menggabungkan teknologi dan biologi

Walaupun Nivala percaya kamera kecil melayari badan dan otak kita akan berlaku pada masa akan datang, dia berkata ia mungkin agak jauh.

Terutamanya sejak membina mesin pada skala molekul adalah satu cabaran.

AdvertisementAdvertisement

"Secara realistik, kita mungkin sangat jauh daripada mempunyai setiap sel dalam otak merekodkan aktiviti sinaptiknya," katanya. "Sistem CRISPR-Cas adalah prokariotik, yang bermaksud terdapat beberapa cabaran yang perlu diatasi ketika memindahkan gen ini ke dalam sel-sel mamalia, terutamanya apabila kita tidak tahu persis bagaimana setiap bahagian sistem CRISPR-Cas berfungsi dalam bakteria. "

Walau bagaimanapun, dia fikir apabila ia berlaku ia akan disebabkan oleh penyertaan biologi dan teknologi.

"Seberapa kecil kita boleh membina alat rakaman digital menggunakan bahan konvensional seperti logam, plastik, dan silikon? Jawapannya adalah bahawa kita tidak hampir dengan mencapai ketepatan dan ketepatan yang mana biologi dapat kejuruteraan peranti nano, "kata Nivala.

Tetapi kita tidak boleh merasa buruk tentang ini, tambahnya.

"Alam semulajadi hanya bermula beberapa bilion tahun selepas semua. Itulah sebabnya para jurutera kini beralih kepada biologi untuk cara-cara baru untuk membina sesuatu di skala molekul. Dan apabila anda membina teknologi daripada biologi, maka lebih mudah untuk mengawal dan menghubungkan dengan sistem biologi semula jadi, "kata Nivala.

IklanAdvertisement

Beliau yakin bahawa kerja semasa ini menetapkan asas untuk sistem rakaman biologi berasaskan sel yang boleh ditambah dengan sensor yang membolehkan sistem untuk memahami sebarang biomolekul yang relevan.

Mengekodkan maklumat peribadi ke DNA kami

Bolehkah semua ini membawa kepada pengekodan maklumat ke DNA kami, seperti rekod perubatan atau nombor Keselamatan Sosial, atau butiran kad kredit?

Ke tahap tertentu, ini sudah berlaku di syarikat mesin penjual tiga Square Market, di Wisconsin. Kira-kira 50 pekerja syarikat menerima tawaran majikan mereka untuk mempunyai mikrochip elektromagnet yang ditanam di tangan mereka. Mereka boleh menggunakannya untuk membeli makanan di tempat kerja, log masuk ke komputer mereka, dan jalankan mesin salinan.

Menyerupai bijirin beras dalam saiz, cip itu sama dengan cip yang ditanam ke dalam haiwan untuk tujuan pengenalan dan pengesanan. Walau bagaimanapun, cip ini mempunyai jarak kerja hanya 6 inci.

BioHax International, pembuat cip Sweden, akhirnya mahu menggunakan cip untuk aplikasi komersil yang lebih luas.

Ini adalah permulaan kemungkinan, menurut Nivala, yang percaya pada suatu hari semua data penting kita akan disimpan dalam DNA selular kita.

"Dengan cara ini, sebahagian daripadanya sudah ada. Genom kita cukup penting. Tetapi bayangkan jika kita dapat menyimpan semua sejarah perubatan keluarga, gambar, dan video rumah dalam sel-sel sel kuman, yang kemudiannya boleh disalurkan kepada anak-anak kita dalam genom mereka, "kata Nivala. "Mungkin anda juga boleh menyimpan resipi lasagna terkenal ibu anda.Saya bertaruh generasi akan datang akan sangat bersyukur untuk itu. "