Eadweard Muybridge fue un pionero tanto del cine temprano como de la observación científica. Su clip icónico de un caballo al galope se usó para establecer una apuesta sobre si el animal levantaba los cuatro cascos del suelo cuando estaba en movimiento.
Más de 130 años después de este avance, Muybridge está en el centro de otro, ya que los científicos han codificado con éxito esta película icónica en el ADN de las células vivas. El resultado es el llamado GIF orgánico, y es el primer paso en lo que los investigadores llaman un registrador molecular, capaz de existir, observar y capturar información dentro de las células vivas.
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Queremos convertir las células en historiadores, explicó el neurocientífico Seth Shipman, genetista de la Escuela de Medicina de Harvard. Imaginamos un sistema de memoria biológica que es mucho más pequeño y más versátil que las tecnologías actuales, que rastreará muchos eventos de manera no intrusiva a lo largo del tiempo.
Utilizando la tecnología de edición genética CRISPR, los científicos financiados por los Institutos Nacionales de Salud (NIH) se propusieron demostrar que cualquier información secuencial arbitraria, no solo información genética, podría codificarse en un genoma. Primero hicieron esto con una sola imagen, de una mano humana, y con la ayuda de las defensas inmunológicas de una bacteria.
(Arriba: A la izquierda hay una imagen de una mano humana, que fue codificada en nucleótidos y capturada por el sistema de adaptación CRISPR-Cas en bacterias vivas. A la derecha está la imagen después de múltiples generaciones de crecimiento bacteriano, recuperada mediante la secuenciación de genomas bacterianos. . Crédito: Seth Shipman)
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Cuando una bacteria es atacada por un virus, sus células producen enzimas para cortar y procesar el código genético del virus. Hace esto para recordar al invasor, tomando una parte del código genético del virus y agregándolo a su propio genoma, como poner cabezas en picas. A medida que pasa el tiempo, el genoma de la bacteria crece, se agrega más código genético de los virus y se apilan más cabezas en la pica.
Shipman y sus colegas piratearon este proceso utilizando el sistema CRISPR. CRISPR-Cas9 es la proteína del sistema inmunológico de las bacterias que corta el código genético del virus, mientras que Cas1 y Cas2 son las proteínas que insertan el ADN viral en el genoma. Fundamentalmente, estas proteínas agregan el ADN en el orden en que se encuentran, lo que significa que los científicos podrían alimentar las hebras sintéticas de ADN de E. Coli, especialmente diseñadas con información secuencial, que luego se puede decodificar y convertir en una imagen o una serie de marcos. en una animación. Para obtener más información, lea nuestro explicador completo sobre CRISPR.
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Si bien codificar un cortometraje en ADN es impresionante, los científicos no planean crear algún tipo de aplicación de Netflix a nivel celular. El clip de Muybridge está destinado a mostrar el alcance del sistema CRISPR para convertir las células vivas en dispositivos de grabación, extrayendo información de su entorno y manteniendo un registro secuencial dentro de su genoma. Esto podría usarse en todo, desde modelar enfermedades hasta monitorear el nivel de contaminantes en el suelo.
Una aplicación particularmente interesante es la neurología. Shipman se formó como neurólogo y cree que la tecnología podría desempeñar un papel importante en la forma en que los investigadores descubren los misterios del cerebro, al registrar la actividad y el desarrollo del cerebro desde el interior del cerebro. Si bien las técnicas cinematográficas de Muybridge permitieron a los humanos ver lo que era imperceptible para el ojo humano, las grabadoras moleculares también podían darnos una idea de lo que hasta ahora se había ocultado.
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Queremos usar neuronas para registrar una historia molecular del cerebro a través del desarrollo, dijo Shipman. Tal registrador molecular nos permitirá eventualmente recopilar datos de cada célula del cerebro a la vez, sin la necesidad de acceder, observar las células directamente o interrumpir el sistema para extraer material genético o proteínas.
Si bien el GIF de Muybridge es la primera vez que se codifica una película en el ADN de células vivas, otros científicos ya han tratado los circuitos genéticos como archivos ZIP orgánicos. En marzo, un par de investigadores del Centro del Genoma de Nueva York publicaron un informe en el Ciencias diario, que detalla los métodos para almacenar archivos comprimidos en moléculas de ADN.
Con la ayuda de un algoritmo para traducir los archivos a un código binario que se puede mapear en las bases de nucleótidos del ADN, los investigadores pudieron codificar el total de seis archivos: un artículo académico de 1948, una placa Pioneer, un sistema operativo, un virus, la película de 1895Llegada de un tren a la estación de La Ciotat… Y una tarjeta de regalo de Amazon de $ 50.
