一种有效编辑细菌基因组的新方法

麻省理工学院的生物工程师设计了一种新方法，可以通过重写细菌细胞的 DNA 来有效地编辑细菌基因组并将记忆编程到细菌细胞中。使用这种方法，可以将各种形式的空间和时间信息永久存储几代，并通过对细胞的 DNA 进行测序来检索。

研究人员将这种新的 DNA 写入技术称为 HiSCRIBE，它比以前开发的用于编辑细菌 DNA 的系统要高效得多，后者的成功率仅为每代 10,000 个细胞中的 1 个。在一项新研究中，研究人员证明这种方法可用于存储细胞相互作用或空间位置的记忆。

研究人员说，这项技术还可以选择性地编辑、激活或沉默生活在人类微生物群等自然群落中的某些细菌物种中的基因。

“通过这种新的 DNA 写入系统，我们可以在复杂的细菌生态系统中精确有效地编辑细菌基因组，而无需任何形式的选择，”前麻省理工学院博士后、该论文的第一作者 Fahim Farzadard 说。“这使我们能够在实验室环境之外进行基因组编辑和 DNA 写入，无论是设计细菌、原位优化感兴趣的特征，还是研究细菌种群的进化动力学和相互作用。”

麻省理工学院电气工程、计算机科学和生物工程副教授 Timothy Lu 是该研究的资深作者，该研究今天发表在Cell Systems 上。哈佛大学前研究生 Nava Gharaei 和麻省理工学院前研究生 Robert Citorik 也是该研究的作者。

基因组书写和记录记忆

几年来，Lu 的实验室一直在研究如何使用 DNA 来存储信息，例如细胞事件的记忆。2014 年，他和 Farzadard 开发了一种将细菌用作“基因组录音机”的方法，通过改造大肠杆菌来存储化学物质暴露等事件的长期记忆。

为了实现这一目标，研究人员设计了细胞以产生一种称为逆转录酶的逆转录酶，该酶在细胞中表达时会产生单链 DNA (ssDNA)，以及一种可以插入(“写入”)特定序列的重组酶将单链 DNA 导入基因组中的目标位点。只有当存在预定分子或其他类型的输入(例如光)激活时，才会产生这种 DNA。产生 DNA 后，重组酶将 DNA 插入预编程的位点，该位点可以位于基因组的任何位置。

这种被研究人员称为 SCRIBE 的技术的书写效率相对较低。在每一代中，每 10,000 个大肠杆菌细胞，只有一个人会获得研究人员试图整合到细胞中的新 DNA。这部分是因为大肠杆菌具有阻止单链 DNA 积累和整合到其基因组中的细胞机制。

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