Eadweard Muybridge a été un pionnier à la fois du cinéma et de l'observation scientifique. Son clip emblématique d'un cheval au galop a été utilisé pour régler un pari sur la question de savoir si l'animal soulevait les quatre sabots du sol lorsqu'il était en mouvement.
Plus de 130 ans après cette percée, Muybridge est au centre d'une autre alors que les scientifiques ont réussi à encoder ce film emblématique dans l'ADN des cellules vivantes. Le résultat est un soi-disant GIF organique, et est la première étape de ce que les chercheurs appellent un enregistreur moléculaire, capable d'exister, d'observer et de capturer des informations dans les cellules vivantes.
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Nous voulons transformer les cellules en historiens, a expliqué le neuroscientifique Seth Shipman, généticien à la Harvard Medical School. Nous envisageons un système de mémoire biologique beaucoup plus petit et plus polyvalent que les technologies actuelles, qui suivra de nombreux événements de manière non intrusive au fil du temps.
En utilisant la technologie d'édition de gènes CRISPR, des scientifiques financés par les National Institutes of Health (NIH) ont tenté de prouver que toute information séquentielle arbitraire - pas seulement des informations génétiques - pouvait être codée dans un génome. Ils l'ont d'abord fait avec une seule image, celle d'une main humaine, et à l'aide des défenses immunitaires d'une bactérie.
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(Ci-dessus: à gauche, une image d'une main humaine, qui a été codée en nucléotides et capturée par le système d'adaptation CRISPR-Cas dans des bactéries vivantes. À droite, l'image après plusieurs générations de croissance bactérienne, récupérée par séquençage des génomes bactériens . Crédit: Seth Shipman)
Lorsqu'une bactérie est attaquée par un virus, ses cellules produisent des enzymes pour couper et traiter le code génétique du virus. Il fait cela pour se souvenir de l'envahisseur, en prenant une partie du code génétique du virus et en l'ajoutant à son propre génome, comme mettre la tête sur des piques. Au fil du temps, le génome de la bactérie se développe, plus le code génétique des virus est ajouté et plus de têtes sont empilées sur le brochet.
Shipman et ses collègues ont piraté ce processus en utilisant le système CRISPR. CRISPR-Cas9 est la protéine du système immunitaire de la bactérie qui coupe le code génétique du virus, tandis que Cas1 et Cas2 sont les protéines qui insèrent l’ADN viral dans le génome. Fondamentalement, ces protéines ajoutent l'ADN dans l'ordre dans lequel il est rencontré, ce qui signifie que les scientifiques pourraient nourrir les brins d'ADN synthétiques d'E. Coli, spécialement conçus avec des informations séquentielles - qui peuvent ensuite être décodées et transformées en une image ou une série d'images. dans une animation. Pour plus d'informations, lisez notre explicatif complet sur CRISPR.
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Bien que l’encodage d’un court métrage en ADN soit impressionnant, les scientifiques n’envisagent pas de créer un type d’application Netflix au niveau cellulaire. Le clip de Muybridge est destiné à montrer la possibilité pour le système CRISPR de transformer les cellules vivantes en appareils d'enregistrement, en extrayant des informations de leur environnement et en conservant un enregistrement séquentiel dans leur génome. Cela pourrait être utilisé dans tout, de la modélisation des maladies à la surveillance du niveau de polluants dans le sol.
Une application particulièrement intéressante est la neurologie. Shipman a reçu une formation de neurologue et il pense que la technologie pourrait jouer un rôle important dans la façon dont les chercheurs découvrent les mystères du cerveau - en enregistrant l'activité et le développement du cerveau à partir du cerveau. Alors que les techniques cinématographiques de Muybridge permettaient aux humains de voir ce qui était imperceptible à l’œil humain, les enregistreurs moléculaires pouvaient aussi nous donner un aperçu de ce qui était jusqu'ici caché.
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Nous voulons utiliser des neurones pour enregistrer une histoire moléculaire du cerveau tout au long du développement, a déclaré Shipman. Un tel enregistreur moléculaire nous permettra éventuellement de collecter des données de chaque cellule du cerveau à la fois, sans avoir besoin d'y accéder, d'observer directement les cellules ou de perturber le système pour extraire du matériel génétique ou des protéines.
Alors que le GIF Muybridge est la première fois qu'un film est encodé dans l'ADN de cellules vivantes, d'autres scientifiques ont déjà traité les circuits génétiques comme des fichiers ZIP organiques. En mars, deux chercheurs du New York Genome Center ont publié un rapport dans le La science journal, détaillant les méthodes de stockage des fichiers compressés dans les molécules d'ADN.
À l'aide d'un algorithme de traduction des fichiers en un code binaire qui peut être mappé sur les bases nucléotidiques de l'ADN, les chercheurs ont pu encoder le total de six fichiers: un article académique de 1948, une plaque Pioneer, un système d'exploitation, un virus, le film de 1895L’Arrivée d’un train en gare de La Ciotat… Et une carte-cadeau Amazon de 50 $.
