CRISPR技术让细胞播放动态视频

GIF文件被写入DNA后，一只活细胞回放了这部小电影。美国国立卫生研究院资助的这项最新成就被评价为“分子记录器开发的重要一步”，有朝一日，人们将理解诸如神经元发育时的内部状态变化等实际问题。

生物通报道：“我们想把细胞变成历史博物馆，”哈佛医学院博后研究员神经学家Seth Shipman博士说。“根据设想，生物记忆系统比现有储存技术更加灵活，它能长时间不受干扰地跟踪许多事件。”

7月12日《Nature》杂志在线播放了这场未来主义“分子电影”。哈佛大学的George Church博士、Jeffrey Macklis博士和Jeff Nivala博士详细证明了这一新兴概念。

研究人员说，能在分子水平上记录视频文件这样的连续事件，是利用分子工程学重现记录的关键。本研究的策略是使细胞自身可以被诱导来记录分子事件，如随时间变化而改变基因表达，然后通过简单的基因组测序来检索储存信息。

“如果我们掌握了这些转录步骤，我们就根据喜好对类似的细胞进行工程编辑，”Shipman补充道。“比如模拟疾病，甚至疾病治疗。”

首先，研究人员必须证明DNA不仅可以用来编码遗传物质，还可以被按任意顺序组合来创造信息。为此，他们使用了CRISPR技术来证明“一只手的图像”能被写成DNA密码，在插入细菌后能被重新检索读取。利用类似的手段，他们又重建了“一个马的动图”（1870s经典动图，动画片的先驱）框架帧。

从静态图像到基因组：图a是预计编码的图像，图b是21种颜色的碱基密码，图c上方序列像素编码和像素值（pixet values），图左侧标记了核苷酸和二进制的转换规则，c图下方的彩色数字指示了位于图片中的单个像素，d图是655360次读取后的复原图。

从GIF动态图到基因组：a图是由5帧图片组成的GIF素材，b图是5天内实现的记录过程纲要，c图是前三位扩展阵列的百分比，d图是准确地回忆像素阅读（X轴）和框架（彩色圆点）功能，每个点代表独立的生物学复制，e图是不同序列深度的结果示范。

先前研究表明，既然细菌可以利用CRISPR储存识别DNA序列来抵御病毒入侵，人类也可以用CRISPR将DNA序列植入细菌细胞。

“CRISPR序列性质让细菌形成了一个长期记录事件的神奇系统，”Shipman解释道。

类似地，研究人员将5帧跑马动图信息翻译成了DNA。5天内，他们依次把5帧DNA植入细菌内部。之后通过细菌DNA测序，以90%的准确率重建了这幅动画。

本文作者研究人员希望用这项前景广阔的技术研究大脑。“我们想用神经元细胞记录大脑发育过程分子史，”Shipman说。“让细胞代替人工手段，去收集大脑每个细胞的种种数据。”

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原文标题：CRISPR–Cas encoding of a digital movie into the genomes of a population of living bacteria