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哈代微生物的DNA可能是古老的时间胶囊

更新时间:2020-09-11 16:17点击:

  乔·戴维斯(Joe Davis)正在寻找最终的时间胶囊。他想保留一段人类可以生存数世纪的记录,供地球上的智人的继承者或有智慧的外星人阅读。他认为,他现在已经找到了正确的培养基:一种生活在岩盐沉积物中的奇异微生物的DNA。他认为,这个受盐保护并由微生物更新的档案可能会保存数亿年。

哈代微生物的DNA可能是古老的时间胶囊

  这是一个有远见的想法,这要归功于艺术和科学。戴维斯(Davis)是哈佛大学生物学实验室的一名附属艺术家,在两个世界之间架起了桥梁。上周他的项目向前迈进了一步,在预印本资料库bioRxiv上发布了一项研究。在这项研究中,戴维斯和他的同事们证明,他们可以在盐杆菌(Hal)的DNA中编码信息,该盐是一种很难杀死的,耐盐的微生物,平均每个染色体有25个备用拷贝。

  其他研究人员已经探索了DNA的存储潜力,这种DNA将相当于300兆字节的数据打包到人类细胞的核中。但是戴维斯正在将这种能力与一种特别强壮的生物体的韧性相结合。他说:“如果要长时间保存数据,最好的方法可能是将数据保存在细胞内并利用细胞机制进行DNA自我修复。”“他们几乎不需要干预就可以方便,经济地繁殖自己。”

  西雅图华盛顿大学的生物工程师杰夫·纳瓦拉(Jeff Nivala)研究嗜盐菌和DNA储存,对此表示同意。他说:“对于数百万年的档案存储来说,这可能是一个很好的应用程序。”“如果所有其他生命都在地球上被摧毁,而这是剩下的唯一一件事,也许信息可以自行传播。”

  戴维斯没有进行过生物学方面的正式培训,除了1960年代在密西西比州的一所初级大学修过一门课程外。但是他有将生物学变成行为艺术的记录,有时甚至可以追溯到科学。1987年,对于一家名为Microvenus的艺术公司,他将雌性形式的描述编码到活的大肠杆菌细菌的DNA中,这一壮举被广泛认为是DNA数据存储的首个实验演示。

  现在,戴维斯正在研究一种比大肠杆菌更强的微生物。Hsal可以承受干燥,极端温度,长时间的真空和强烈的辐射。戴维斯甚至将其暴露于环氧乙烷(一种用于对实验室设备进行消毒的有毒气体)中,没有明显的影响。Hsal确实有一种k石:浸入淡水会使其细胞破裂。但是,当戴维斯沉思时,戴维斯沉迷于盐晶体中的卤水袋中,夏尔可能是“不会死的东西”。

  Twist Bioscience的有机化学家兼首席执行官Emily Leproust说,对于商业化的DNA储存,体外技术(将合成的DNA封装在玻璃或不锈钢中)比体内方法更为先进。戴维斯说,但是生物可以使DNA保存更长的时间,他已经使亿万年前盐沉积中的Hsal细胞进入冬眠状态。他的合作者,哈佛遗传学家乔治·丘奇(George Church)认为,在稳定晶体深处发现的细胞一直处于休眠状态,这“完全合理”。他说,这些细胞停止生长,其DNA除了逐渐降解外保持不变。他补充说:“但他们也可以在需要时快速复制。”修复损坏并生成大量副本供研究人员使用。“所以沙萨尔似乎是一个不错的选择。”

  约翰·霍普金斯大学生物学家兼Hsal专家Jocelyne DiRuggiero将该计划视为“一个不错的主意”。她说,除了承受环境压力外,Hsal还擅长清除有害DNA的活性氧。她说,用最少的营养,Hsal菌落就可以在盐中冬眠数十万年甚至更长。她说,微生物不会生长或繁殖,只会使用能量进行修复和抵抗威胁,例如宇宙射线对DNA的损害。

  这项新工作的第一步是在Hsal的DNA中编码数据。戴维斯(Davis)为3D针和卵子图片选择了坐标,这是俄罗斯民间故事中的一个对象,该故事讲述了一个向导将灵魂藏在卵子中的针尖中的灵魂。戴维斯(Davis)合成了DNA后,布兰代斯大学的生物学家亚历山大·比森(Alexandre Bisson)将其附着在Hsal基因组中的一个位点上,该位点不会影响微生物或在细胞中产生任何东西。Bisson鼓励经过修饰的盐杆菌复制并测序其DNA,以确保新密码不变。

  为了进一步了解微生物作为时间囊的潜力,Bisson正在研究它们在盐晶体中的行为,“这在很大程度上是个谜”。在10年或更长时间的过程中,他计划将装在盐中的Hsal菌株与保存在冰箱中的“亲本”或对照菌株进行比较,以了解在可能更具活性的盐菌株中是否发生了任何突变。他说,这些数据将有助于填补空白,尽管将其推断到数百万年“将是一个拉伸”。Bisson还计划使用荧光蛋白来发现生物体是否被困在维持它们的盐水袋中或它们是否四处移动。


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