Biologiczny twardy dysk: DNA bakterii jako zapisywalny nośnik danych

Popularne powiedzenie głosi, że najlepszy aparat fotograficzny to taki, który mamy zawsze przy sobie. To samo można powiedzieć o urządzeniach, zapisujących naszą aktywność – ich wyrafinowane funkcje są bezużyteczne, gdy np. zapomnimy założyć opaskę albo naładować akumulator. Naukowcy z MIT opracowali jednak rejestrator, który wydaje się idealnym rozwiązaniem – jest nim żywa komórka.

Ponad dwa lata temu naukowcy z Harvard Medical School przeprowadzili eksperyment, w którym wykorzystali DNA jako nośnik danych. Choć proces zapisu był bardzo czasochłonny, udało się w ten sposób zapisać 53 tys. słów oraz kilka ilustracji, osiągając – w przeliczeniu – możliwość zapisania 700 terabajtów w gramie DNA.

Tamten eksperyment traktował DNA jako nośnik danych, ale Timothy Lu oraz Fahim Farzadfard z Massachusetts Institute of Technology zaprezentowali coś jeszcze ciekawszego – żywą bakterię, działającą jak odpowiednik twardego dysku albo raczej, biorąc pod uwagę formę zapisu, magnetofonu.

Badacze postanowili nie tylko zakodować informacje przy pomocy DNA, ale wykorzystać żywy organizm do wykonywania funkcji logicznych. Rolę nośnika pełnią w tym przypadku fragmenty kodu genetycznego bakterii. Urządzeniem zapisującym jest ona sama, rejestrując zdefiniowane wcześniej zdarzenia za pomocą zmian we własnym kodzie genetycznym.

W swoim eksperymencie Timothy Lu i Fahim Farzadfard wykorzystali bakterię Escherichia coli oraz sekwencje jej DNA, znane jako retrony. Ich rola w życiu bakterii nie została dobrze poznana, jednak badacze zmodyfikowali retrony w taki sposób, że pod wpływem zdefiniowanego bodźca wytwarzają nowy fragment DNA i wstawiają go w określone miejsce genomu. Bodźcem może być np. zmiana jasności światła lub działanie konkretnej substancji.

Jakie jest praktyczne zastosowanie tego odkrycia? Wcześniejsze prace Timothy'ego Lu udowadniają, że odpowiednio modyfikując geny bakterii można potraktować je jak prosty, programowalny komputer i np. sprawić, by po ekspozycji na określoną temperaturę i konkretną substancję chemiczną bakteria zaczęła produkować fluorescencyjne białko, skutkiem czego będzie świecić, sygnalizując np. jakieś zagrożenie.

Komentując najnowsze osiągnięcie badacze wskazują, że zmodyfikowana przez nich bakteria to w praktyce biologiczny twardy dysk. W przyszłości opracowany przez nich mechanizm może zostać użyty również w przypadku ludzi np. do rejestrowania danych medycznych i zapisywania przez wybrane komórki historii przebytych chorób.

W artykule wykorzystałem informacje z serwisów Geek, The Scientist,PAP, Phys.org, Giznet i MIT.