定制的DNA可用作传感器探针

研究人员认为，DNA - 存储生命信息的分子 - 有朝一日可以用作一种传感器，根据周围环境记录信息。合成DNA(不是在生物体中产生，不包含物种的遗传信息)已被用于存储数据，作为一种生物硬盘驱动器。

但现在，麻省理工学院的研究人员Weixin Tang和David Liu说，他们的CAMERA系统(CRISPR介导的模拟多事件记录仪器的首字母缩写)使细菌能够记录周围的环境。

微生物能够在其DNA中感知和记录其附近是否存在阳光，抗生素或营养素。

该系统有两种变化。

CAMERA 1通过改变细菌内两个小圆形DNA片段(称为质粒)的比例来记录外部分子的存在和强度。这允许您确定微生物是否感知外部分子，多少和多长时间。

CAMERA 2更先进并通过DNA编辑进行记录(想象相当于刻录DVD，但在基因组上)。

两个系统都可以保持信息记录稳定几个小时。作为一种真正的录音设备，它具有“重置”功能，可以清除信息并为另一次录制设置系统。

这个怎么运作

音频或视频录像机实际上可以翻译信息。光子和声波的组成和复杂性以可能存储的方式转换。然后，读取设备检索该信息。

相同的原则适用于以DNA格式记录，在这种情况下，有两种技术可以实现这一点。

第一个是CRISPR / Cas9，一种基因编辑工具。CRISPR可以非常精确地靶向DNA序列。在CAMERA 1中，CRISPR通过分解这两个圆形DNA片段中的一个来改变它们的比例。

CAMERA 2使用CRISPR对原始DNA序列进行微小改变。当目标分子处于环境中时，它使细胞以受控方式产生CRISPR。通过这种方式，结果是精确的并且与外部线索紧密相关。

第二种技术是DNA测序，特别是下一代测序。记录的信息需要检索和分析。

这可能听起来很简单，但请记住，我们需要检测细菌基因组中几百万个字母中的一个或两个字母中的一些变化。

下一代测序允许以非常高的速度和非常高的准确度读取DNA。更重要的是，它使读取DNA的成本下降，使常规测序应用在经济上可行。

我们可以用它做什么?

与电流传感器相比，这种系统具有优点。

基础研究的应用是显而易见的。记录装置可以存储关于细胞历史的信息，并告诉我们，例如，病原体何时开始产生毒素，或者当细胞中的营养素低时。

为了回答目前的这些问题，我们需要使用需要持续监测的报告基因，或昂贵的侵入性代谢组学技术。

最大的应用潜力在于微传感器。专门的细胞可以监测不同化合物的浓度。

当前化学/电子传感器的优点在于生物系统在监测和高精度地对许多化合物起反应方面更通用。由于成功的记录仪只需要几个分子，生物传感器的尺寸可以更小，同时记录多个信号。

下一个突破

在我看来，该技术的真正突破将是开发无细胞DNA记录仪。

在单元格中记录将记录环境限制为可以使细胞生长的环境。仅含有传感分子和DNA记录装置的无细胞系统具有许多优点。

信息将更容易获取和评估，因为它不会埋没在生物体的基因组中。系统将更简单，因此更容易校准和优化。此外，污染的风险会降低，因为它不含有活生物体，而且它依赖于完全合成的DNA。

合成生物学有望彻底改变生物研究和应用。由于读取和写入DNA的成本降低，这些发展成为可能。

我期待这种基本生命分子的创造性使用越来越多，以及我们日常生活中令人兴奋的应用。

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