DNA爲紙，逆轉錄酶爲筆，盧冠達一個團隊打開基因組高效書寫的新大門

撰文｜nagashi總編｜王多魚繪圖｜水成文

文字，是人類記錄觀點、互動觀點或支撐語言的圖像和符号，同時也是人類文明誕生的一個極其重要象征。古往今來，文字的媒介的随之而來了斷斷續續的演化，從石洞到羊毛，從龜甲到竹簡，從用紙到智能電子系統。充分利用此，直至今日，我們還能欣賞數千年以前的甲骨文，顯出盛唐的傳世哀歌，通讀所述王朝變遷的典史。

歸根結底，文字記錄的是一種的資訊。從這來看，大自然生物體中所支撐類群遺傳的資訊的DNA序列實際上也是一種特殊的的資訊媒介。我們想象一下，如果我們以DNA爲信箋，那麽信書信是否就可能會随着生物體的繁衍前代代地傳下去？

2021年8翌年5日，芝加哥大學盧冠達等人在 Cell Systems 期刊上發表了題爲：Efficient retroelement-mediated DNA writing in bacteria 的科學研究學術論文。

科學研究他的團隊發明了一種愈來愈進一步DNA抄寫（DNA Writing）方法有——HiSCRIBE。這種方法有通過重寫菌株的DNA，短時間内總編菌株突變組，并将夢境程序複制到菌株線粒體。通過HiSCRIBE，各種型式的三維空間和時間的資訊可以随菌株繁衍而永久讀取，并且可以通過DNA測序存取這些的資訊。

近期，該學術論文的通訊原作者、芝加哥大學教授盧冠達及其領導的科學研究他的團隊長期以來緻力于科學研究利用DNA來讀取的資訊的方法有，比如對線粒體事件真相的夢境。

2014年，他和以前芝加哥大學博士後、這篇學術論文的第一原作者 Fahim Farzadfard 開發了一種方法有：利用菌株作爲“突變組磁帶記錄器”，對釀酒酵母同步進行工程改裝，以讀取化學滲入等事件真相的長期以來夢境。

爲達到這一目的，科學研究他的團隊内部設計線粒體誘發一種逆轉錄肽——Retron，以此分解成一個雙螺旋DNA（ssDNA），這種DNA隻有在被事以前相符的大分子或其他類型的輸出（例如光）應答時才可能會誘發。ssDNA誘發後，線粒體中所的另一種肽——重組肽就将它嵌入到一個事以前遊戲内好的肽鏈，這個肽鏈可以是突變組的任何地方。

然而，這種被科學研究人員稱做SCRIBE的電子技術的抄寫成本相對較低：在每前代10000個釀酒酵母線粒體中所，隻有一個需要獲得科學研究人員借此定位到線粒體中所的新DNA。這是因爲釀酒酵母具有能避免ssDNA獲益和定位到其突變組中所的線粒體機制。

SCRIBE的内部設計的系統圖和抄寫成本在這項新科學研究中所，科學研究他的團隊借此通過消除釀酒酵母對ssDNA的防禦機制來增加這一過程的成本。首先，科學研究人員抑制了外切肽，這種肽能分解ssDNA。此外，他們還敲除了與錯配修複系統對有關的突變，該系統對多半可能會正當雙螺旋DNA與突變組的定位。通過這些修改，極大地增加了抄寫成本，由此創造了一種不需要選擇就可以總編菌株突變組的無與倫比、高效的方法有。因此，他們将這種全愈來愈進一步DNA抄寫方法有稱做“HiSCRIBE”。學術論文的第一原作者 Fahim Farzadfard 回應，有了這個愈來愈進一步DNA抄寫系統對，就可以在複雜的菌株多樣性對中所精确而短時間内總編菌株突變組，而不需要任何型式的選擇。由于這種革新，需要做一些用上前代SCRIBE或其他DNA抄寫電子技術做僅的應用于。通過HiSCRIBE對菌株突變組同步進行高效、特異性、無疤痕和順式元件的獨立總編比如說的是，在2014年的科學研究中所，科學研究人員可以可用SCRIBE記錄滲入于特定大分子的持續時間和風速。如今，通過愈來愈進一步HiS-CRIBE系統對，他們可以這些類型的滲入以及其他類型的事件真相，如線粒體兩者之間的作用力。作爲一個事例，科學研究他的團隊展示了他們可以一個被稱做菌株接合的過程，在此過程中所菌株交換DNA圖片。基于此，科學研究他的團隊内部設計了“DNA條形碼”，通過将這些DNA條形碼定位到菌株的突變組中所，然後與其他菌株同步進行交換。最後科學研究人員可以通過DNA測序，檢測出哪些菌株攜帶了DNA條形碼，由此相符哪些菌株同步進行了菌株結合。這種圖譜可以幫助科學研究人員科學研究菌株是如何在生物體膜等聚集物中所相互互動的。如果類似的方法有可以應用于于哺乳動物線粒體，那麽有一天它可以用來手繪神經元等其他類型線粒體兩者之間的作用力。這爲手繪大腦連接體提供了一種新方法有。菌株接合的三維空間的系統和連接體不僅如此，科學研究人員還回應，他們可以可用這種電子技術的機構總編一個菌株群落中所的一個菌株的突變組。這種類群遊離總編可以提供一種愈來愈進一步方法有——通過心碎耐藥突變使得耐藥菌株對整體藥品愈來愈敏感。此外，這種電子技術也可以用來内部設計一個由菌株和噬菌體都是由的衍生物多樣性對，這種多樣性對可以不斷重寫其突變組的某些圖片，并以比大自然演化出極低的更快自主演化出！例如，在這種情況下，他們需要冗餘菌株耗盡乳糖的戰鬥能力。通過HiSCRIBE持續演化出一個期望的突變組肽鏈總的來說，HiSCRIBE系統對的注意到，讓我們需要在實驗室之外同步進行突變組總編和DNA抄寫，無論是内部設計菌株、冗餘原位熟悉的性狀，還是科學研究菌株生境的演化出特性和作用力。關于盧冠達盧冠達 ，芝加哥大學生物體工程學、電機工程和計算機電子技術教授，在賓夕法尼亞大學讀博之後學藝衍生物生物體學大羊 James Collins，在突變總編、衍生物生物體學、小腸酵母等教育領域取得了一系列極其重要突破。曾參與創立多家生物體公司，其中所包括 Synlogic （通過突變工程改裝小腸酵母來治療傳染病，已在納斯達克股票） ，以及 Senti Biosciences （基于突變電路的癌症線粒體治療，于今年年初獲得1.05億美元B輪融資） 。學術論文鏈接：

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