DNA Research: Encoding Medical Records

År 1878 omvandlades en serie fotografier av en ryttare på sin galoppande häst till den första någonsin filmbilden "The Galloping Horse. "

Nyligen kunde forskare vid Harvard University återskapa den här klassiska rörliga bilden i bakteriernas DNA E. coli.

AnnonsAdvertisement

Det är rätt. De kodade en film i bakterier.

Bilder och annan information har redan kodats in i bakterier i flera år.

Harvard-forskarna har dock tagit det ett steg längre med genredigeringsverktyget CRISPR-Cas-systemet.

Annons

Den processen gör att celler kan samla DNA-kodad information kronologiskt så att det kan skapa ett minne eller en bild, som en filmkamera gör.

"Den största avhämtningen från det här arbetet är att det bakteriella CRISPR-Cas-systemet, som här har vi utnyttjat som ett syntetiskt molekylärt inspelningssystem, kan fånga och stabila praktiska mängder verklig data", Jeff Nivala, PhD, forskare i avdelningen för genetik vid Harvard Medical School, sa Healthline.

advertisementAdvertisement

Hur det kan användas för människor

Genom kodning av riktiga bilder och några ramar av den klassiska hästfilmen försökte Nivala och hans kollegor presentera information som skulle resonera med allmänheten.

Den mer allvarliga meningen med sin forskning är att registrera biologisk information över tiden.

Eftersom rörliga bilder för närvarande är en av de största dataseten, tror forskarna att deras arbete ligger till grund för att så småningom kunna använda bakterier som mini-kameror som kan röra sig i hela kroppen och spela in okänd information.

Deras arbete förändrar hur komplexa system i biologi kan studeras. Forskarna hoppas att tidspelare blir standard i all experimentell biologi.

För närvarande är sättet att få information ut ur celler att titta på dem eller störa dem genom att ta ut data. Med molekylärinspelaren katalogiserar cellen sin egen data, vilket innebär att den kan utvecklas och utvecklas utan att det påverkas av forskare.

AnnonsAdvertisement

"Jag är mest upphetsad om lagringskapaciteten och stabiliteten i systemet, vilket är potentiellt mycket stort och länge", förklarade Nivala. "Detta är viktigt eftersom vi bygger på vårt nuvarande arbete hoppas vi spårar mycket komplexa biologiska fenomen över långa perioder. Om du gör det med framgång krävs stora mängder stabilt lagringsutrymme. "

Han tror till exempel att forskare nu kan undersöka sätt att använda tekniken för praktiska användningsområden som att programmera dina tarmbakterier för att spela in information om din kost eller hälsa.

"Din läkare kan använda dessa data för att diagnostisera och spåra sjukdomar," sa Nivala.

Annonsering

Sammanslagning av teknik och biologi

Medan Nivala tror att små kameror surfar på vår kropp och hjärnan kommer att hända i framtiden, säger han att det kan vara lite långt ifrån.

Speciellt eftersom byggmaskiner på molekylär skala är en utmaning.

"Realistiskt är vi förmodligen väldigt långt ifrån att varje cell i hjärnan registrerar sin synaptiska aktivitet", sa han. "CRISPR-Cas-systemet är prokaryot, vilket innebär att det finns vissa utmaningar att övervinna när man överför dessa gener till däggdjursceller, särskilt när vi inte vet exakt hur varje del av CRISPR-Cas-systemet fungerar i bakterier. "

Men han tror att när det händer kommer det att bero på att man förenar biologi och teknik.

"Hur liten kan vi bygga en digital inspelningsenhet med konventionella material som metall, plast och kisel? Svaret är att vi inte ens är nära att uppnå exaktheten och precisionen med vilken biologi kan manipulera nanoskalaenheter, säger Nivala.

Annons

Men vi borde inte ha det dåligt om det, tillade han.

"Naturen hade trots allt bara några miljarder år. Därför vänder ingenjörer nu till biologi för nya sätt att gå om att bygga saker på molekylär skala. Och när du bygger teknik ur biologi är det så mycket lättare att gränsa och ansluta till naturliga biologiska system, säger Nivala.

AnnonsAdvertisement

Han är övertygad om att detta nuvarande arbete utgör grunden för ett cellbaserat biologiskt inspelningssystem som kan kopplas med sensorer som gör att systemet kan känna av någon relevant biomolekyl.

Kodning av personlig information i vårt DNA

Kan allt detta leda till att information kodas in i vårt DNA, som vår medicinska post eller Social Security nummer eller kreditkortsuppgifter?

Detta sker till viss del redan vid försäljningsföretaget Three Square Market i Wisconsin. Omkring 50 av företagets anställda accepterade sin arbetsgivares erbjudande att ha en elektromagnetisk mikrochip implanterad i sina händer. De kan använda den för att köpa mat på jobbet, logga in i sina datorer och köra kopieringsmaskinen.

Liknar ett korn av ris i storlek, chipet liknar chips som implanteras till husdjur för identifiering och spårning. Detta chip har dock ett arbetsavstånd på bara 6 tum.

BioHax International, den svenska tillverkaren av chipet, vill till slut använda chipet för bredare kommersiella applikationer.

Detta är bara början på möjligheterna, enligt Nivala, som tror att en dag kommer alla våra viktigaste data att lagras inom vårt cellulära DNA.

"På ett sätt är det redan en del av det. Våra genomer är ganska viktiga. Men tänk om vi kunde lagra hela vår familjens medicinska historia, bilder och hemvideor inom könscellceller, som då kan överföras till våra barn inom sina genomer, säger Nivala. "Kanske kan du till och med lagra din mammas berömda lasagne recept.Jag satsar på framtida generationer skulle vara väldigt tacksamma för det. ”