A módszer független adatok tárolására kevéssé praktikus, de a baktériumok környezetének és belső működésének vizsgálatára érdekes új utat jelenthet.

Az elmúlt években többször is kísérlet történt arra, hogy DNS formájában oldják meg az adattárolást. Az ilyen próbálkozásoknak nagyon is van alapjuk, hiszen a DNS megfelelő körülmények között akár több százezer évig is stabil marad. És mivel az általa hordozott kódrendszer univerzális, vélhetően olyan technológia is lesz, amellyel le tudjuk olvasni a tárolt adatokat, szemben mondjuk az elmúlt évtizedek mesterséges adattárolók többségével, amelyek elképesztő ütemben avulnak el.

A DNS-be való kódolás azonban mostanáig döntően azt jelentette, hogy az adatoknak megfelelő bázissort egy számítógépen megtervezték, majd kémiai szintézis során legyártották a szekvenciát. A Columbia kutatói viszont nemrégiben élő baktériumok genetikai állományában tároltak el információkat, méghozzá nem külső adatokat, hanem a baktériumban zajló történések egyfajta „naplózását” végezték el.

Ehhez a CRISPR-rendszert használták, amely eredetileg egy bakteriális védekezőmechanizmus volt: felismeri az új vírusokat, és ezek genomját felszabdalva darabokat épített be belőlük a bakteriális genomba, ami alapján az egysejtű (vagy utódja) később gyorsan azonosítja a vírust, ha ismét találkozott vele.

A szakértők ezt a technikát virális találkozóktól eltérő emlékek megőrzésére aknázták ki. A gyakorlatban arról van szó, hogy például ha a baktérium cukorral találkozik, beindul egy folyamat, amely során gének aktiválódnak. A kutatók úgy módosították ezt a folyamatot, hogy a génekkel együtt az a rendszer is aktiválódjon, amely másolatokat a készít a baktérium kromoszomális DNS-étől függetlenül létező, apró, körkörös DNS-darabok egyikéről, vagyis az egyik plazmidról. Miután kellő számú másolat készült a molekuláról, a CRISPR aktiválódott, és némi darabolás után beépítette a plazmid egy darabkáját a genomba. Ha a cukor nem volt jelen, akkor viszont valami mást épített be.

Ilyen módon a baktérium genomjának szekvenálásával utólag megmondható, hogy találkozott-e cukorral a múltban. A rendszer nem tökéletes, mivel a CRISPR nem mindig azt illeszti be a genomba, amit a kutatók szeretnének, de az esetek többségében működik, vagyis elegendő baktérium vizsgálata révén eldönthető, hogy volt-e cukor jelen azok környezetében, vagy sem.

Ezt a rendszert külső adatok tárolására is felhasználták a kutatók, mégpedig úgy, hogy kétféle plazmidot vettek célba. Az egyik úgy működött, ahogy a korábbiakban leírtuk: alacsony számban volt jelen, amíg egy jel nem jelentkezett, majd felszaporodott a jelzés hatására. A második plazmid folyamatosan azonos, közepes szinten volt jelen a sejtben. Amikor a CRISPR aktiválódott, abból a plazmidból illesztett be a kromoszomális genomba, amelyikből éppen több volt.

A jelzést ismételve majd szüneteltetve bitek során tudták létrehozni a kutatók a genomban. A jel egyébként jelen esetben egy elektromos jelzés volt, amit egy specifikus molekulán alkalmaztak, oxidatív vagy reduktív környezetet kreálva a sejt körül. Ahogy már említettük, a rendszer nem tökéltes, mert a CRISPR időnként semmit sem illeszt be, máskor meg rossz szakaszt rak be. Minél hosszabb a sor, annál nagyobb a hiba lehetősége, így a szakértők három bitre korlátozták az adatokat bakteriális populációnként, majd ezekből egy gépi tanulásra képes algoritmus „átlagolta” a legvalószínűbb, eredeti jelsorozatot.

Ilyen módon sikerült a bakteriális genomba kódolniuk majd dekódolniuk a „Helló világ!” üzenetet, amit azt követően is ki tudtak nyerni, hogy a kérdéses populációt egy hétre a talajba helyezték. A becslések szerint az üzenet nagyjából 80 generáción keresztül maradhat olvasható. (De persze fagyasztani is lehet a baktériumokat, akkor jóval tartósabban megőrződik az üzenet.)

A módszer persze praktikus adattárolási megoldásként elképesztően alacsony hatékonyságú, és a szintetikus szekvenciák gyártása továbbra is sokkal kézenfekvőbb módnak tűnik a DNS-alapú adattárolásra. A baktériumok környezetének, belső működéseinek és múltjának ilyen módon való rögzítése és utólagos felderítése azonban nagyon érdekes alkalmazási lehetőségeket vet fel.

Forrás: ipon.hu / arstechnica.com / nature.com