Scrivere dati nel DNA come in un DVD molto capiente

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Un video registrato nel DNA di batteri si trasmette per generazioni. Con la tecnica di editing genetico CRISPR è stato possibile trasformare microbi di E. coli in biblioteche viventi, capaci di trasmettere informazioni in sequenza ai discendenti.

Una parte della sequenza fotografica di un cavallo in movimento acquisita da Eadweard Muybridge a fine '800 è stata scritta nel DNA di batteri viventi.|SHUTTERSTOCK — Una parte della sequenza fotografica di un cavallo in movimento acquisita da Eadweard Muybridge a fine ‘800 è stata scritta nel DNA di batteri viventi.|SHUTTERSTOCK

L’espressione “libro della vita” non è mai stata tanto calzante: i ricercatori dell’Università di Harvard hanno utilizzato le forbici molecolari CRISPR/CAS9 per inserire dati complessi – un’immagine e un’animazione – nel DNA di batteri viventi (non sintetici), che hanno trasmesso l’informazione alle generazioni successive.

La ricerca pubblicata su Nature dimostra che è possibile sfruttare i microbi come banche dati viventi, capaci di perpetrare nel tempo le “informazioni acquisite”, e creare popolazioni di cellule che tengano un “diario” degli eventi cui vanno incontro, come i processi di crescita o le malattie.

NASTRO DA AVVOLGERE. Il DNA è un formidabile contenitore di informazioni: i paragoni hanno poco senso, ma, giusto per farne uno, un grammo di filamento a singola elica può contenere i dati scritti in 100 miliardi di DVD. Gran parte degli studi condotti finora, tuttavia, riportano a test condotti con DNA artificiale, con informazioni digitali tradotte in sequenze di DNA poi sintetizzate.

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Curiosità: quadri viventi in provetta (vedi). | FOTO: © NIALL HAMILTON

SCRITTURA DI PRECISIONE.La tecnica CRISPR ha permesso di inserire con una sorta di “taglia e cuci” l’informazione digitale – che nel caso specifico è un codice che descrive ogni singolo pixel di immagine e video – nel genoma di organismi viventi, un’ampia popolazione di Escherichia coli: ad ogni cellula batterica è stata affidata una piccola porzione di dati.

MANO E CAVALLO. Per la scelta dei soggetti da inserire si è andati sul classico: come foto è stata scelta quella di una mano umana, mentre per il video sono stati selezionati cinque frame della sequenza Il cavallo in movimento acquisita nel 1878 dal pioniere della fotografia inglese Eadweard Muybridge. Le stringhe di codice relative alle immagini sono state inserite, grazie all’editing genetico, nei blocchi costituenti (nucleotidi) del DNA batterico.

L'immagine della mano in originale, così come è stata affidata ai batteri, e (a destra) quella ricostruita pixel per pixel, con i dati restituiti dalle generazioni successive. | SETH SHIPMAN — L’immagine della mano in originale, così come è stata affidata ai batteri, e (a destra) quella ricostruita pixel per pixel, con i dati restituiti dalle generazioni successive. | SETH SHIPMAN

TELEFONO SENZA FILI. I dati sono stati distribuiti nel genoma di molti batteri: per ricostruirli e tornare a “leggerli” di nuovo, i ricercatori hanno dovuto sequenziare il DNA di oltre 600 mila cellule, che hanno restituito immagine e animazione con il 90% dell’accuratezza (qualche errore di codifica/decodifica è sempre possibile).

Il galoppo del cavallo in originale e, sulla destra, così come viene ricordato e riportato dalle successive generazioni di batteri, capaci di conservarne la sequenza cronologica. Clicca sull'immagine per avviare l'animazione. | SETH SHIPMAN — Il galoppo del cavallo in originale e, sulla destra, così come viene ricordato e riportato dalle successive generazioni di batteri, capaci di conservarne la sequenza cronologica. Clicca sull’immagine per avviare l’animazione. | SETH SHIPMAN

ORDINE ESATTO. L’animazione del cavallo in movimento memorizzata dai batteri è servita a dimostrare che si può registrare un’informazione in sequenza, e poi rivederla in “replay” sotto forma di video. Un dato importante nell’ottica di registrare dati sempre più complessi, che includano il “fattore tempo” e registrino i cambiamenti.

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