美國(guó)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(zhǎng)期的記憶儲(chǔ)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(huì)特別適合于諸如環(huán)境和醫(yī)學(xué)監(jiān)測(cè)傳感器等應(yīng)用。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的是麻省理工學(xué)院生物工程、電子工程及計(jì)算機(jī)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(shuō)，其克服了在細(xì)菌基因組中存儲(chǔ)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(chǔ)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?xún)?chǔ)存全或無(wú)（all-or-nothing）記憶，例如一個(gè)特定事件是否會(huì)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(gè)可存儲(chǔ)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(shí)間。為此，他們?cè)O(shè)計(jì)出了一種“基因組錄音機(jī)”，使得研究人員可以將早期的信息寫(xiě)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(lái)儲(chǔ)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(diǎn)中。而只有當(dāng)存在一種預(yù)定分子或其他類(lèi)型的輸入信號(hào)如光時(shí)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(diǎn)�！拔覀兛梢园邢蚧�因組中的任何位點(diǎn)，這就是為什么我們把它視作是一種錄音機(jī)的原因，因?yàn)槟憧梢钥刂菩盘?hào)寫(xiě)入的位置，”盧冠達(dá)說(shuō)。

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

　　有幾種不同的方法可以檢索這一儲(chǔ)存信息。如果DNA是插入到基因組的非功能區(qū)域，測(cè)序基因組將會(huì)揭示這一記憶是否存儲(chǔ)到了特定細(xì)胞中�；蛘哐芯咳藛T可靶向這些序列來(lái)改變一種基因。例如，在這項(xiàng)研究中新的DNA序列開(kāi)啟了一個(gè)抗生素抗性基因，研究人員通過(guò)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(guò)檢測(cè)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(shí)間。盧冠達(dá)說(shuō)，在這篇文章中，研究人員利用了這一系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)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(hào)。

　　通過(guò)刺激細(xì)胞或是將不同的DNA片段整合到同一位點(diǎn)，還可以擦除這一信息。當(dāng)前這一過(guò)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(lèi)傳感器可以被投入到環(huán)境應(yīng)用中，包括監(jiān)測(cè)海洋的二氧化碳水平、酸度或污染物。此外，還有可能設(shè)計(jì)出一些生活在人類(lèi)消化道中的細(xì)菌來(lái)檢測(cè)某人的飲食攝入，例如其消耗多少的糖或脂肪，或是檢測(cè)腸易激綜合征引發(fā)的炎癥。

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

　　“由于在一個(gè)試管中有數(shù)十億計(jì)的細(xì)菌，現(xiàn)在我們開(kāi)始利用更多這樣的菌群來(lái)儲(chǔ)存記憶及進(jìn)行計(jì)算，完成高度并行的計(jì)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(shuō)。

　　另一種可能的應(yīng)用是，操控活體動(dòng)物的腦細(xì)胞或培養(yǎng)皿中培育的人類(lèi)細(xì)胞，這將使得研究人員能夠追蹤在某一時(shí)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(chǔ)存裝置，然后將其與你關(guān)心的東西關(guān)聯(lián)起來(lái)，你可以寫(xiě)下這一信息，然后再提取它，”盧冠達(dá)說(shuō)。

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