【生物工学】CRISPR法を使って細菌のゲノムに画像と短編映画を記憶させる
Nature
CRISPR法を利用して、エドワード・マイブリッジの“Human and Animal Locomotion”による画像と短編動画が細菌のDNAにコードされた。生細胞内にデジタルデータを記憶させるための有望な媒体がDNAであることは既に実証されているが、それをさらに発展させたのが今回の研究だ。その成果を記述した論文が、今週掲載される。
2種類のタンパク質を用いて目的の細胞のDNAに遺伝コードを挿入するCRISPR法によって生細胞内に情報を転送できることが最近の研究で明らかになっているが、今回、Seth Shipmanたちの研究グループは、CRISPR法を用いて画像と短いGIF動画を大腸菌にコードして、そうした能力を実証した。このGIF動画には、“Human and Animal Locomotion”に含まれる雌馬Annie G.の全力疾走が写った36x26ピクセルの5コマが用いられた。Shipmanたちは、DNAの構成単位であるヌクレオチドを用いて、各画像の個々のピクセルと関係のあるコードを作り出した。GIF動画の場合には、1コマごとに生きた細菌に配列が送達され、送達順に大腸菌のゲノムに挿入された。大腸菌のゲノムに挿入されたデータは、DNA配列解読によって読み出すことができ、画像の復元は、ピクセルヌクレオチドコードを読み取ることで行われ、その精度は約90％だった。
今回の研究では、CRISPR法を利用して生細胞に実用的な量のデータを記録できる可能性が明確になっただけでなく、CRISPR法の機能に関する新たな知見も得られた。例えば、Shipmanたちは、ゲノムへのデータ転送に最適な配列を突き止めており、この知見は、CRISPR法の他の応用にとっての指針となる可能性がある。
Images and a short movie from Eadweard Muybridge’s Human and Animal Locomotion have been encoded into the DNA of bacteria using the CRISPR system. This achievement, reported in Nature this week, expands on previous demonstrations that DNA provides a promising medium for storing digital data within living cells.
Recent work has indicated that information could be transferred into living cells using the CRISPR system, which uses two proteins to insert genetic code into the DNA of target cells. Seth Shipman and colleagues demonstrate this ability by using the CRISPR system to encode images and a short GIF (five frames of the mare ‘Annie G.’ galloping from Human and Animal Locomotion at 36x26 pixels) in Escherichia coli. They use nucleotides, the building blocks of DNA, to produce a code that relates to the individual pixels of each image. For the GIF, sequences are delivered frame-by-frame over time to living bacteria, where they are inserted into the genome in the order that they were delivered. Once inserted into the genome of E.coli, the data can then be retrieved by sequencing the DNA and the images are reconstructed by reading the pixel nucleotide code, which was achieved with around 90% accuracy.
In addition to establishing that the CRISPR system may enable the recording of practical amounts of data in living cells, the study also reveals new insights into the functioning of the CRISPR system. For example, the authors determine which sequences are best for transferring data into the genome, which could also guide other applications of the CRISPR system.
doi: 10.1038/nature23017
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