Ученые научились усиливать способность микробов формировать воспоминания

Некоторые микробы могут формировать воспоминания, хотя, что неудобно для ученых, делают это довольно редко.

Исследователи из Рокфеллеровского университета и их коллеги из Калифорнийского университета в Беркли нашли способ заставить бактерии кодировать воспоминания гораздо чаще. Их открытие описано 22 декабря в журнале Molecular Cell.

"CRISPR, адаптивная иммунная система, обнаруженная у многих бактерий, запоминает вирусы, сохраняя фрагменты их ДНК. Но в природе эти события записи происходят лишь изредка", — говорит старший автор Лусиано Марраффини, руководитель Лаборатории бактериологии.

"Мы идентифицировали единичную мутацию, которая заставляет бактериальные клетки приобретать генетические воспоминания о вирусах в 100 раз чаще, чем в естественных условиях", — добавляет он. "Эта мутация предоставляет мощный инструмент для экспериментов в нашей и других лабораториях и может облегчить создание устройств для хранения данных на основе ДНК".

Если вирус, который система CRISPR бактерии запомнила, появляется снова, для его уничтожения направляется фермент Cas9. Точность этой системы уже сделала ее важным инструментом для редактирования геномов, и ученые рассматривают другие потенциальные применения.

В текущем исследовании команда случайным образом вводила мутации в ген Cas9 и обнаружила, что одна из них побуждает бактерии легче приобретать генетические воспоминания. В нормальных условиях, если исследователи подвергнут 100 000 бактериальных клеток воздействию одного и того же потенциально смертельного вируса, только одна, как правило, приобретет фрагмент ДНК, который позволит ей выжить при будущей атаке. В клетках, сконструированных для наличия этой новой мутации, соотношение увеличивается до одной на 1000.

Мутация быстро стала полезной почти для всех проектов, ведущихся в лаборатории Марраффини. Работая с микробами, чьи генетические воспоминания усилены таким образом, ученые могут получать гораздо больше данных о различных аспектах CRISPR.

Возможны и другие применения, хотя некоторые из них пока отдаленны. Некоторые специалисты по синтетической биологии полагают, что CRISPR-подобная система может быть адаптирована для записи информации об активности нейронов, реакции клеток на стимулы окружающей среды или траектории метастазирующих раковых клеток. Хотя для разработки системы записи на основе CRISPR остается много препятствий, эта мутация потенциально может сделать ее более реалистичной.

Открытие также поднимает вопрос: если эта мутация делает бактерии более способными защищаться, почему они не эволюционировали, чтобы нести ее естественным образом? "У CRISPR есть компромисс", — объясняет первый автор Роберт Хелер, аспирант лаборатории. Хотя система защищает клетки, она иногда может давать сбой, приобретая фрагменты ДНК от своего хозяина, а не от вторгающегося вируса, что приводит клетку к самоуничтожению. "Если только они не осаждены чрезвычайно большим количеством вирусов, требующих мощной защиты CRISPR-Cas, микробы без мутации имеют преимущество в выживании, потому что они менее склонны к такому типу самоубийства", — говорит Хелер.