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工程大肠杆菌被打造为世界上最小的数据记录仪
【信息时间: 2017-11-24 19:05:27   阅读次数: 】【字号

 人类身体中有一个肉眼看不到的神秘微观世界,但是哥伦比亚大学的研究人员们,却开发出了一项让微生物去监测和记录数据的新技术。 这个过程,类似于在虫子身上安装一个窃听器。只不过在人们的身体内,就换成了用工程改造过的细菌 —— 在与肠道的互动之旅中完成任务,甚至可以给出一些事件发生的时间戳。研究人员们并未从头开始打造一款基于微生物的“磁带录音机”,而是借助了一套浑然天成的现有系统。

 

这套系统可在几天时间里记录与特定信号相遇的时间戳。

CRISPR-Cas 是一种被许多细菌所使用的免疫系统, 其工作起来就像是一张通缉海报:

从本质上来说,只要细菌在与噬菌体(某种攻击细菌的病毒)的接触战后存活下来,CRISPR-Cas 就会拷贝一份入侵者的 DNA 片段。

这样一来,如果攻击者再次发难(甚至隔了数代之后),细菌仍可立即识别并发起反攻。

如果你觉得‘CRISPR’的名字看着很熟悉,那是因为 科学家们借助这项发现而打造了一款很棒的基因编辑工具 。业界将之视为治疗一大堆疾病的奇特方法,从癌症到获得性免疫缺陷综合症不等。

研究资深作者 Harris Wang 表示:

CRISPR-Cas 系统是一种自然的生物记忆装置。从工程的角度来看,它也是相当不错的。因为它已经经历了长时间的进化打磨,非常适合于储存信息”。

 

研究人员们在细菌上使用了类似音乐磁带的数据存储技术。

将这项技术与大肠杆菌结合起来, 研究人员们先是修改了 DNA 对应两种不同功能的质粒(plasmids)的短片段:

其中一个质粒被当做计时员,定期将一个间隔序列拷贝到位于细菌基因组中的 CRISPR 位点。

另一个质粒则被设计来专门复制自身 —— 当细菌检测到一个特定的外部信号的时候。

这样一来,信号的时间就可以通过观察前后间隔序列的数量来确定。

在实践中, 这种工程改造细菌可以用来徒步穿越一名患者的身体,以搜索特定的刺激物 —— 比如可能导致某种疾病的病毒。Wang 表示:

被患者吞下的这种细菌,或许能够记录其在整个消化道中经历的变化,对此前人们无法深入观察的现象带来前所未有的认识。

现在我们还计划记录胃肠系统(或身体其它部位)在自然或疾病状态下可能会被改变的不同标记。

哥大研究团队在测试中发现, 这套系统可以在长达数日的时间段内连续工作,且能够同时观察三个不同的信号。

值得一提的是,这项技术不仅适用于人们的体内,也可用于水质(环境病原体)监测等更大的环境。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的的《科学》( Science )期刊上。

 


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