Этим магнитофоном из бактерий исследователи из Медицинского центра Колумбийского университета заложили основу для нового класса технологий, которые используют бактериальные клетки для всего, начиная от диагностики заболеваний до наблюдений за окружающей средой.

Ученые модифицировали обыкновенный лабораторный штамм самый привычной человеческой бактерии, которая живет в кишечнике, Escherichia coli. В результате бактерии не только записывают свои взаимодействия с окружающей средой, но также фиксируют время этих взаимодействий.

«Такая бактерия, проглоченная пациентом, сможет записать все изменения, которые она будет испытывать, проходя по пищеварительному тракту, давая беспрецедентный взгляд на доселе недоступные нам феномены», — говорит Харрис Ван, главный автор новой работы, описанной в статье журнала Science. Также можно применять подобную технику при изучении окружающей среды и при базовых исследованиях в области экологии и микробиологии, когда бактерии будут фиксировать невидимые иначе изменения, при этом не разрушая все вокруг.

Ван и члены его лаборатории создали микроскопический магнитофон, воспользовавшись преимуществами CRISPR-Cas, иммунной системы многих видов бактерий. CRISPR-Cas копирует части ДНК от вторгающихся вирусов, чтобы последующие поколения бактерий смогли отражать патогены более эффективно. В результате локус CRISPR бактериального генома аккумулирует хронологическую запись всех бактериальных вирусов, которые пережила бактерия и ее предки.

Для создания магнитофона ученые модифицировали часть ДНК под названием плазмид, дав ему возможность создавать больше копий в бактериальной клетке в ответ на внешний сигнал. Отдельный записывающий плазмид, который управляет «магнитофоном» и фиксирует время, экспрессирует компоненты системы CRISPR-Cas. В результате создается смесь фоновых последовательностей, которые записывают время и последовательности сигналов, меняющихся в зависимости от окружения клетки. Затем ученые могут изучить локус CRISPR, прочитать запись и снять хронологические показатели.

Сейчас система может обрабатывать до трех сигналов одновременно и записывать несколько дней.