Запись в геноме превращает живые клетки в их собственных историков

Геномы теперь могут хранить информацию о различных временных биологических событиях внутри живых клеток по мере их возникновения, подобно бортовому самописцу.

Метод ENGRAM (enhancer-driven genomic recording of transcriptional activity in multiplex) направлен на превращение клеток в их собственных историков. Аббревиатура вдохновлена нейробиологическим термином, обозначающим физическую основу памяти.

Доказательство концепции метода опубликовано 17 июля в журнале Nature.

Принцип работы

ENGRAM связывает каждый тип биологического сигнала или события с символическим штрих-кодом. Эта стратегия отслеживает и архивирует тип и время биологических сигналов, вставляя эту информацию в геном. Например, это может включать отслеживание команд, которые включают или выключают гены.

Преодоление прошлых ограничений

Ранее исследователи сталкивались с трудностями при измерении более чем нескольких сигналов в одной системе и при записи порядка возникновения множественных сигналов. Метод DNA Typewriter, разработанный несколько лет назад, позволил записывать множество символов в ДНК упорядоченно, но не решал задачу придания биологического смысла каждому символу.

"DNA Typewriter аналогичен клавиатуре со множеством символов. С помощью ENGRAM мы делаем эти символы специфичными для различных биологических сигналов", — пояснил доктор Джей Шендюр.

Демонстрация возможностей

В работе ученые показали, как символическая запись может отслеживать действия некодирующих участков ДНК, контролирующих производство белков соседних генов. Они продемонстрировали комбинацию ENGRAM и DNA Typewriter, записав специфичную для типа клеток активность десятков и сотен таких регуляторных элементов генов.

Среди отслеженных регионов — части генетических регуляторных сетей, лежащих в основе нескольких аспектов эмбрионального развития. Другие отслеженные сигналы опосредуют клеточные реакции на стресс, иммунные реакции на инфекцию и выживаемость клеток.

ENGRAM также применили для ежедневной записи данных о стволовых клетках мыши по мере их агрегации в эмбриоидные тельца — лабораторную модель пренатального развития мыши.

Перспективы и вдохновение

"Поскольку мы вдохновлялись новыми достижениями в области CRISPR при разработке систем ENGRAM и DNA Typewriter, я полагаю, что эти статьи вдохновят других на дальнейшее совершенствование технологий геномной записи — так что, возможно, однажды мы будем записывать всю историю клеток", — сказал Джунхонг Чой.

Исследователи отмечают, что необходима дальнейшая работа для реализации потенциала ENGRAM и родственных технологий записи на основе генома. Эта стратегия предназначена для захвата биологической информации в живых системах и не ограничена конкретной областью, такой как рак или нейробиология.

Эта работа сыграла важную роль в развитии Seattle Hub for Synthetic Biology — сотрудничества между Институтом Аллена, Инициативой Чан Цукерберга и Вашингтонским университетом, запущенного в декабре прошлого года. Проект занимается разработкой новых технологий для записи истории клеток во времени.