美國麻省理工學(xué)院的工程師們將大腸桿菌的基因組改造成了長期的記憶儲存設(shè)備。他們預(yù)想，這一穩(wěn)定的、可擦除且易于檢索的記憶，將會特別適合于諸如環(huán)境和醫(yī)學(xué)監(jiān)測傳感器等應(yīng)用。領(lǐng)導(dǎo)這項研究的是麻省理工學(xué)院生物工程、電子工程及計算機科學(xué)系副教授盧冠達(dá)(TimothyLu)。

　　研究人員在11月13日的《科學(xué)》（Science）雜志上詳細(xì)地描述了這一新的策略。盧冠達(dá)說，其克服了在細(xì)菌基因組中存儲記憶的現(xiàn)有方法的一些局限。當(dāng)前的方法需要大量的遺傳調(diào)控元件，這限制了可以存儲的信息量。

　　早期的研究工作也僅限于數(shù)字記憶，這意味著它們只可以儲存全或無（all-or-nothing）記憶，例如一個特定事件是否會發(fā)生。盧冠達(dá)和論文的主要作者、研究生FahimFarzadfard，打算構(gòu)建一個可存儲模擬記憶的系統(tǒng)，這可以揭示出暴露的程度，以及持續(xù)的時間。為此，他們設(shè)計出了一種“基因組錄音機”，使得研究人員可以將早期的信息寫入到所有的細(xì)菌DNA序列中。

　　穩(wěn)定的記憶

　　為了編程大腸桿菌來儲存記憶，麻省理工學(xué)院的研究人員改造細(xì)胞生成了一種重組酶，其可以將DNA或是特異的單鏈DNA序列插入到靶位點中。而只有當(dāng)存在一種預(yù)定分子或其他類型的輸入信號如光時才能激活這一DNA。

　　在生成DNA后，重組酶將這一DNA插入到了細(xì)胞基因組中的預(yù)編程位點�！拔覀兛梢园邢蚧�因組中的任何位點，這就是為什么我們把它視作是一種錄音機的原因，因為你可以控制信號寫入的位置，”盧冠達(dá)說。

　　一旦通過這一過程記錄下一種暴露，這種記憶可以在菌群中終生儲存，并一代代向下傳遞。

　　有幾種不同的方法可以檢索這一儲存信息。如果DNA是插入到基因組的非功能區(qū)域，測序基因組將會揭示這一記憶是否存儲到了特定細(xì)胞中。或者研究人員可靶向這些序列來改變一種基因。例如，在這項研究中新的DNA序列開啟了一個抗生素抗性基因，研究人員通過給細(xì)胞添加抗生素并觀察細(xì)胞存活的數(shù)量，可以確定有多少細(xì)胞得到了這一記憶序列。

　　通過檢測具有這一DNA序列的細(xì)胞在群體中的比例，研究人員可以確定暴露的程度以及其持續(xù)的時間。盧冠達(dá)說，在這篇文章中，研究人員利用了這一系統(tǒng)來檢測光、一種叫做IPTG的乳糖代謝物，以及一種抗生素衍生物aTc。它還可以定制成許多其他的分子或是細(xì)胞生成的信號。

　　通過刺激細(xì)胞或是將不同的DNA片段整合到同一位點，還可以擦除這一信息。當(dāng)前這一過程效率還不是很高，但研究人員正在致力改善它。

　　細(xì)菌傳感器

　　這類傳感器可以被投入到環(huán)境應(yīng)用中，包括監(jiān)測海洋的二氧化碳水平、酸度或污染物。此外，還有可能設(shè)計出一些生活在人類消化道中的細(xì)菌來檢測某人的飲食攝入，例如其消耗多少的糖或脂肪，或是檢測腸易激綜合征引發(fā)的炎癥。

　　盧冠達(dá)說，這些遺傳改造細(xì)菌還可用作為生物計算機，它們尤其適用于需要大量并行處理的各種計算，例如辨認(rèn)圖像模式。免費索取默克密理博Stericup&Steritop無菌過濾裝置資料，實現(xiàn)高流量、高通量、高特異性蛋白質(zhì)吸附

　　“由于在一個試管中有數(shù)十億計的細(xì)菌，現(xiàn)在我們開始利用更多這樣的菌群來儲存記憶及進(jìn)行計算，完成高度并行的計算有可能蠻有趣。它也許是緩慢的，但也可能是節(jié)能的，”他說。

　　另一種可能的應(yīng)用是，操控活體動物的腦細(xì)胞或培養(yǎng)皿中培育的人類細(xì)胞，這將使得研究人員能夠追蹤在某一時間是否表達(dá)了某種疾病標(biāo)記物或是一種神經(jīng)元是否活化�！叭绻�你能將細(xì)胞內(nèi)的DNA轉(zhuǎn)化為一種小型的儲存裝置，然后將其與你關(guān)心的東西關(guān)聯(lián)起來，你可以寫下這一信息，然后再提取它，”盧冠達(dá)說。

　　轉(zhuǎn)載請注明來源：賽斯維傳感器網(wǎng)（ywhs9.com）