エドワード・マイブリッジは初期の映画と科学観察の両方の先駆者でした。彼の象徴的な疾走する馬のクリップは、その動物が動いているときに地面から 4 つのひづめすべてを持ち上げるかどうかを賭けて決着するために使用されたことで有名です。
この画期的な進歩から 130 年以上が経過し、科学者たちがこの象徴的な映画を生きた細胞の DNA にエンコードすることに成功し、マイブリッジは新たな進歩の中心となっています。その結果は、いわゆるオーガニックGIFであり、研究者が「分子レコーダー」と呼んでいるものの最初のステップであり、生細胞内に存在し、観察し、情報を捕捉することができます。
「私たちは細胞を歴史家に変えたいのです」とハーバード大学医学部の遺伝学者である神経科学者のセス・シップマンは説明する。 「私たちは、今日のテクノロジーよりもはるかに小さく、より多用途であり、多くのイベントを非侵入的に長期間追跡する生物学的記憶システムを構想しています。」
国立衛生研究所 (NIH) から資金提供を受けた科学者たちは、遺伝子編集技術 CRISPR を使用して、遺伝情報だけでなく任意の連続情報をゲノムにコード化できることを証明しようと試みました。彼らはまず、人間の手の単一の画像を使用し、細菌の免疫防御の助けを借りてこれを実行しました。手
(上: 左側は、ヌクレオチドにコード化され、生きた細菌の CRISPR-Cas 適応システムによって捕捉された人間の手の画像です。右側は、細菌ゲノムの配列決定によって復元された、複数世代の細菌増殖後の画像です)クレジット: セス・シップマン)
細菌がウイルスに攻撃されると、その細胞はウイルスの遺伝コードを切断して処理する酵素を生成します。これは侵入者を記憶するために行われ、パイクに頭を付けるように、ウイルスの遺伝コードの一部を取得してそれを自分のゲノムに追加します。時間が経つにつれて、細菌のゲノムが成長し、ウイルスからのより多くの遺伝コードが追加され、より多くの頭がパイクに積み重ねられます。
Shipman と彼の同僚は、CRISPR システムを使用してこのプロセスをハッキングしました。 CRISPR-Cas9 はウイルスの遺伝暗号を切断する細菌の免疫系のタンパク質であり、Cas1 と Cas2 はウイルスの DNA をゲノムに挿入するタンパク質です。重要なことは、これらのタンパク質は、DNAが見つかった順にDNAを追加するということです。つまり、科学者は、連続した情報を備えて特別に設計されたDNAの合成鎖を大腸菌に与えることができ、それをデコードして画像や一連のフレームに変換することができます。アニメーションで。詳細については、CRISPR に関する完全な説明をお読みください。馬_GIF.gif
短編映画を DNA にエンコードするのは素晴らしいことですが、科学者たちは、ある種の携帯電話レベルの Netflix アプリを作成するつもりはありません。 Muybridge のクリップは、CRISPR システムが生きた細胞を記録装置に変え、周囲から情報を引き出し、ゲノム内に連続記録を保持する範囲を示すことを目的としています。これは、病気のモデル化から土壌中の汚染物質のレベルの監視まで、あらゆる用途に使用できます。
特に興味深い応用例の 1 つは神経学です。シップマンは神経科医として訓練を受けており、脳の活動と発達を脳内から記録することで、研究者が脳の謎を解明する上でこの技術が重要な役割を果たす可能性があると信じている。マイブリッジの映画技術は、人間の目には見えなかったものを見ることを可能にしましたが、「分子レコーダー」もまた、これまで隠されていたものを垣間見ることができるかもしれません。
「私たちはニューロンを使用して、発達を通じて脳の分子史を記録したいと考えています」とシップマン氏は語った。 「このような分子レコーダーを使えば、最終的にはアクセスしたり、細胞を直接観察したり、遺伝物質やタンパク質を抽出するシステムを中断したりすることなく、脳内のすべての細胞から一度にデータを収集できるようになります。」
Muybridge GIF は、生きた細胞の DNA に映画がエンコードされた初めての例ですが、他の科学者はすでに遺伝子回路を有機 ZIP ファイルのように扱っています。 3月、ニューヨークゲノムセンターの2人の研究者は、圧縮ファイルをDNA分子に保存する方法を詳述した報告書をサイエンス誌に発表した。
ファイルを DNA のヌクレオチド塩基にマッピングできるバイナリ コードに変換するアルゴリズムの助けを借りて、研究者らは合計 6 つのファイルをエンコードすることができました。1948 年の学術論文、パイオニアのプラーク、オペレーティング システム、ウイルス、1895 年の映画「L’Arrivée d’un train en gare de La Ciotat」…そして 50 ドルの Amazon ギフトカード。
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