Un video è stato salvato nel genoma di un batterio, utilizzando il metodo CRISPR
Dalle informazioni alla creazione di un libro mastro, le cellule pensate come una chiavetta di memoria
La vita è un libro che ancora stiamo scrivendo. Un team dell’Università di Harvard ha utilizzato il metodo CRISPR per inserire un video all’interno del codice genetico di batteri vivi, dimostrando per la prima volta di essere in grado di utilizzare dei microbi come delle librerie che tramandano i loro racconti ai propri discendenti — o anche ai nostri.
Questa tecnica potrebbe essere addirittura utilizzata per registrare passo dopo passo le attività di un’intera popolazione di cellule, ad esempio di quelle che causano malattie, oppure quelle che ancora stiamo studiando, come le cellule cerebrali.
Il DNA è il miglior dispositivo di memoria che conosciamo. In questo articolo, abbiamo precedentemente parlato delle ricerche condotte da Microsoft. In teoria, un grammo di DNA potrebbe immagazzinare 455 Exabyte, ovvero 455 milioni di Terabyte, il contenuto di 100 miliardi di DVD.
Un’esistenza ordinata
La maggior parte delle ricerche passate utilizzava un DNA artificiale: l’informazione digitale veniva tradotta in una sequenza di DNA e poi sintetizzata.
Utilizzando il metodo CRISPR, invece, si possono tagliare e incollare informazioni digitali direttamente nella sequenza genetica di un organismo vivente; in questo caso, in una popolazione di E.coli.
I batteri utilizzano il sistema CRISPR/Cas9 per immagazzinare informazioni nel loro DNA. Ad esempio, ricordano quali virus hanno già dovuto affrontare. Questo metodo è stato preso a riferimento dagli scienziati per poter editare il genoma.
Nei batteri, ogni nuova informazione viene immagazzinata dopo la precedente, rendendo possibile la lettura della loro storia in ordine cronologico. In precedenti esperimenti, alcuni ricercatori hanno utilizzato il metodo CRISPR/Cas9 per marchiare il genoma ogni volta che si presentava un determinato evento, ma questi risultati erano utili solamente a contare quante volte il particolare evento si verificava.
Animare i geni
Seth Shipman, e i suoi colleghi dell’Università di Harvard hanno utilizzato una versione del CRISPR con un altro enzima, chiamato CRISPR/Cas1-Cas2. Questo enzima permettere di aggiungere un messaggio al genoma piuttosto che semplicemente tagliarne un pezzo.
Sono state inserite in totale 6 immagini: una raffigurante una mano umana e altre cinque che mostravano un cavallo al galoppo, prese dallo studio fotografico, condotto nel 1878, sul movimento degli animali di Eadward Muybridge. Le immagini contenti il cavallo sono state animate.
Per fare in modo che le sequenze DNA imprimessero i dati sulle cellule, il team ha utilizzato una scarica elettrica che si è aperta la strada tra le pareti delle cellule, permettendo il passaggio del DNA. Una volta dentro, il CRISPR si è messo al lavoro.
Per leggere i dati impressi, il team ha sequenziato il DNA di più di 600.000 cellule. Un numero così grande è necessario perché la maggior parte delle cellule non avrebbero editato il proprio genoma in maniera del tutto accurata. “Non tutte le cellule avrebbero acquisito le informazioni che loro hanno ricevuto”, dice Shipman. Più cellule vengono sequenziate, migliore è la ricostruzione dei dati. Fortunatamente è un processo molto veloce, grazie agli strumenti di sequenziamento moderni.
Le cinque immagini del cavallo in movimento hanno dimostrato che è possibile prendere dei dati in ordine cronologico e farli come un video.
“Si ottiene una vera e propria registrazione degli eventi. Da molto tempo cercavamo un modo di immagazzinare nelle cellule delle informazioni in ordine cronologico. Il CRISPR è perfetto per questo scopo”; Seth Shipman, ricercatore dell’Università di Harvard.
Il Libro della Vita
“È un documento davvero interessante”, dice Yaniv Erlich della Columbia University di New York. Il team non ha utilizzato dati molto grandi e ancora non è chiaro se questo metodo può competere con la capacità mnemonica del DNA sintetico, “ma inserire delle informazioni in cellule vive apre la strada a moltissime possibilità”, continua.
Per iniziare, fa in modo che si possa inserire nuove informazioni oppure cambiare quelle precedentemente inserite. Inoltre, i dati sono inseriti nel codice genetico dei batteri e pertanto ereditabili dalle future generazioni. Ovviamente possono capitare delle mutazioni, ma a detta di Shipman sono molto più rare di quello che si pensa — certamente non sono abbastanza per distruggere i dati immagazzinati una grande popolazione di cellule.
Immagazzinare i dati nei batteri potrebbe essere un modo per poter far sopravvivere informazioni importanti ad un’ipotetica apocalisse nucleare. Si potrebbe utilizzare un Deinococcus radiodurans come memoria, un organismo capace di resistere a radiazioni estreme, dice Erlich.
Shipman vuole trasformare le cellule in dispositivi di registrazione che possano documentare ciò che accade all’interno di sé stesse. È eccitato dalla prospettiva di poter mantenere una sorta di libro mastro degli eventi che accadono all’interno di un cervello in fase di sviluppo, e che mostri come le diverse cellule cerebrali acquisiscano le proprie distinte identità.
“È difficile capire quali eventi definiscano le cellule cerebrali. E non si può nemmeno andare lì a dare un’occhiata: analizzare un cervello coi metodi attuali vorrebbe dire danneggiarlo del tutto”, Seth Shipman.
Si potrebbe pensare che le cellule possano anche raccontare cosa succede quando l’organismo passa dall’essere sano all’essere malato. Ma questo potrebbe essere l’inizio di una nuova e interessante ricerca.
Tradotto in Italiano. Articolo originale: New Scientist
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