Die Fähigkeit des CRISPR / Cas-Systems, Informationen zu speichern, trug dazu bei, aus Bakterien einen Sensor zu machen, der Überwachungsdaten in seiner eigenen DNA aufzeichnen kann.
Die Verwendung des CRISPR / Cas-Genmodifikationssystems trug dazu bei, Bakterienzellen mit einem Mechanismus zur Aufzeichnung des Umweltzustands zu "ergänzen". Auf diese Weise können wir aus ihnen lebende Sensoren herstellen und den Zustand von Ökosystemen und Menschen überwachen. Harris Wang und seine Kollegen an der Columbia University in New York sprachen in einem in Science veröffentlichten Artikel über ihre neue Arbeit.
Erst um die Wende des 21. Jahrhunderts eröffnet. Das CRISPR / Cas-System dient Bakterien als Analogon zu unserer erworbenen Immunität: Die Bibliothek der CRISPR-DNA-Regionen sammelt Informationen über Viren, auf die die Zelle gestoßen ist, und Cas-Proteine arbeiten damit und erkennen schnell eine neue Infektion. Die Verwendung von Elementen dieses Systems hat völlig neue Perspektiven für die genetische Veränderung von Organismen eröffnet und ihm in den letzten Jahren eine besonders schnelle Entwicklung beschert.
Wenn GM-Ingenieure jedoch die Fähigkeit von CRISPR / Cas nutzen, DNA-Fragmente zu erkennen, die zu der von Wissenschaftlern benötigten RNA-Vorlage komplementär sind, und sie genau an der richtigen Stelle zu schneiden, waren sie diesmal an den "Bibliotheks" -Funktionen des Systems interessiert. "CRISPR / Cas ist ein natürliches, biologisches Gedächtnisgerät", sagt Harris Wang. "Aus technischer Sicht ist es bemerkenswert strukturiert, da es bereits eine Entwicklung durchlaufen hat, die seine Fähigkeit zum Speichern von Informationen verbessert hat."
Wissenschaftler haben Bakterien so modifiziert, dass sie auf Änderungen eines Umweltfaktors - beispielsweise des Gehalts an Fructose oder Kupfer - reagieren, indem sie kurze Fragmente von DNA-Plasmiden synthetisieren. Auch das CRISPR / Cas-System wurde so modifiziert, dass das Auftreten einer großen Anzahl solcher Plasmide in der CRISPR-Bibliothek aufgezeichnet wurde. Wenn beispielsweise Kupfer nicht ausreichte, synthetisierte die Zelle andere Plasmide, die in CRISPR "gespeichert" wurden, anstatt "Signal".
"Dieser Ansatz ermöglichte eine stabile Aufzeichnung über viele Tage und eine genaue Rekonstruktion von Metriken und Zeit durch Sequenzierung der CRISPR-Sequenzen", schreiben die Wissenschaftler in dem Artikel.
In der nächsten Phase planen Harris Wang und seine Kollegen, ein solches System zu testen, um Biomarker für Darmerkrankungen für mindestens einige Tage zu überwachen. "Wenn dieses Bakterium von einem Patienten verschluckt wird, kann es alle Veränderungen aufzeichnen, die es im gesamten Verdauungstrakt durchläuft", sagt der Wissenschaftler, "und enthüllt bisher nicht sichtbare, unzugängliche Daten."
Sergey Vasiliev
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