Δημιουργήθηκε επανεγγράψιμη μνήμη ενός bit μέσα στο DNA βακτηριδίου

Ένα πολύ σημαντικό βήμα για τη δημιουργία βιοϋπολογιστών έκαναν αμερικανοί επιστήμονες καθώς πέτυχαν την αποθήκευση, σβήσιμο και επανεγγραφή πληροφοριών στο DNA ζωντανών κυττάρων.

Δημιούργησαν έτσι για πρώτη φορά μία μορφή επανεγγράψιμης μνήμης ενός bit μέσα στο DNA και, παράλληλα, ένα είδος κυτταρικού «διακόπτη» που παρέχει στους επιστήμονες τη δυνατότητα ακριβούς ελέγχου όσον αφορά το πώς και πότε εκφράζονται συγκεκριμένα γονίδια μέσα στο κύτταρο, κάτι που αποτελεί ένα ακόμα βήμα προόδου στο πεδίο της συνθετικής βιολογίας.

Οι ερευνητές του Τμήματος Βιοτεχνολογίας του πανεπιστημίου Στάνφορντ της Καλιφόρνια, με επικεφαλής τον καθηγητή Ντρου Έντι και τον Τζερόμ Μπονέτ, που δημοσίευσαν τη σχετική μελέτη στο περιοδικό της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των ΗΠΑ (PNAS), σύμφωνα με το «Nature» και το «Scientific American», χρησιμοποίησαν ένζυμα ενός βακτηριοφάγου ιού, με τη βοήθεια των οποίων μετέτρεψαν τις αλληλουχίες του DNA ενός γνωστού κολοβακτηριδίου (του E.coli) σε διακόπτη που κινείται κατά τη βούληση των ερευνητών.

Σύμφωνα με το ΑΠΕ - ΜΠΕ, αυτό σημαίνει ότι κατόρθωσαν να εφεύρουν το γενετικό ισοδύναμο ενός δυαδικού ψηφίου bit (είναι η εναλλαγή μεταξύ των «0» και «1» που χρησιμοποιείται στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές). Όταν το τμήμα του DNA καθοδηγείται προς τη μία κατεύθυνση, τότε πρόκειται για «0», ενώ όταν κατευθύνεται στην άλλη κατεύθυνση, τότε πρόκειται για «1». Με αυτό τον τρόπο, κατέστη δυνατό να χρησιμοποιηθεί το DNA για την κωδικοποίηση (εγγραφή), αποθήκευση και «σβήσιμο» των πληροφοριών.

«Μας πήρε τρία χρόνια και 750 προσπάθειες για να το κάνουμε να δουλέψει, αλλά τελικά το πετύχαμε» δήλωσε ο Μπονέτ. Σύμφωνα με τους ερευνητές, η προγραμματισμένη αποθήκευση δεδομένων μέσα στο DNA ζωντανών κυττάρων μπορεί μελλοντικά να αποτελέσει ένα τρομερά αποτελεσματικό «εργαλείο» για την μελέτη -και ίσως την καταπολέμηση- του καρκίνου ή της γήρανσης, αλλά και για άλλες παρεμβάσεις στην ανάπτυξη των οργανισμών, ακόμα και του ίδιου του φυσικού περιβάλλοντος. Για παράδειγμα, ίσως στο μέλλον οι επιστήμονες να μπορούν να απενεργοποιούν έγκαιρα συγκεκριμένα κύτταρα, προτού αυτά γίνουν καρκινικά.

Η νέα τεχνική, που ονομάζεται RAD (Recombinase Addressable Data), χρησιμοποιήθηκε από τους ερευνητές με επιτυχία στα βακτήρια, έτσι ώστε -ανάλογα με τη βούληση των επιστημόνων- αυτοί οι μονοκύτταροι οργανισμοί να εκπέμπουν κόκκινη ή πράσινη λάμψη κάτω από το υπεριώδες φως, ανάλογα με τον προγραμματισμένο προσανατολισμό του DNA τους προς την μία ή την άλλη κατεύθυνση. Χάρη στη νέα τεχνική, οι επιστήμονες μπορούσαν να ελέγξουν, όπως ήθελαν, τον φωσφορισμό των μικροβίων.

Στο παρελθόν, οι ερευνητές είχαν κάνει το πρώτο βήμα στρέφοντας τη γενετική αλληλουχία του DNA μόνιμα προς μία μόνο κατεύθυνση («εγγραφή»), αλλά αυτή τη φορά κατάφεραν να αλλάζουν διαδοχικά την κατεύθυνση του DNA όσες φορές ήθελαν («επανεγγραφή»), εξ ου και ο χαρακτηρισμός τους πλέον περί «επανεγγράψιμης μνήμης» μέσα στο DNA.

Το επίτευγμα ανοίγει περαιτέρω το δρόμο για τη δημιουργία υπολογιστών στο εσωτερικό των ίδιων των βιολογικών συστημάτων. Το επόμενο βήμα, κατά τους ερευνητές, θα είναι να περάσουν από το απλό «bit» της προγραμματισμένης γενετικής πληροφορίας, σε οκτώ «bits», δηλαδή σε ένα ολόκληρο «byte», κάτι που όμως είναι ιδιαίτερα πολύπλοκο και θα απαιτήσει νέα «εργαλεία» στο πεδίο της βιοτεχνολογίας και της συνθετικής βιολογίας. Οι ερευνητές προσδοκούν ότι το δεύτερο «bit» επανεγγράψιμων δεδομένων στο DNA θα καταστεί εφικτό πιο γρήγορα από το πρώτο και το τρίτο πιο γρήγορα από το δεύτερο κ.ο.κ., όμως η όλη διαδικασία, μέχρι τελικά τη δημιουργία ενός «βιολογικού byte», αναμένεται να πάρει αρκετό χρόνο, ίσως μία δεκαετία.