科學家將細菌變成活生生的電腦硬碟

大腸桿菌(圖:美國疾病控制及預防中心)

哈佛大學一班科學家正在進行一個關於細菌的研究,但他們的目標卻並非找出消滅細菌的方法,而是如何將電腦資料輸入這些微形生物體內,把細菌變成活生生的硬碟!

一班由遺傳學家史栢曼(Seth Shipman) 及利華拉博士( Jeff Nivala)帶領的哈佛大學研究人員,剛發現了一個方法,可以直接將數據編入細菌的基因密碼內保存。被編入的資料,不論是一行電腦程式或是一行詩句,都可以透過基因,隨著細菌繁殖,一代一代地傳下去,令科學家之後可利用基因分形技術閱讀資料。

細菌硬碟

雖然科學家早前已發現如何在實驗室內人工合成 DNA ,以 DNA 記錄不同種類的資料,甚至用它書寫及保存一本完整的科學書籍,但史栢曼博士表示,將資料編入一個活生生的細胞裏是一個完全不一樣的考驗:「我們並非強行把人工合成的 DNA 切入細胞內,而是嘗試找出如何以大自然獨特的方法,把數據編入細菌的基因裏,令數據可以透過細菌繁殖,一代傳一代地流傳。」

過去,科學家最多曾將 11 位元的數據輸入活細胞中,即是二進制中的十個 0 或 1,長度不足以在電腦中輸入兩個英文字母。但以這最新發現,可將這個限制增加至 100 位元組,即 800 位元的數據。因每一個漢字需 2 位元組的數據書寫,這發現足以在細菌中編入以上整個句子。

大腸桿菌構造
大腸桿菌構造

冒牌病毒

哈佛科學家們所使用的方法非常巧妙,利用細菌用以對抗病毒感染的免疫反應,作為數據編寫的渠道。這免疫反應在遺傳學術語中,稱為 CRISPR/CAS 系統,而它背後的原理非常簡單:當細菌被病毒入侵時,細菌便會把入侵者的部份 DNA 儲存在自己的基因內,令它可以在未來認出曾攻擊自己的敵人,防止它們再次入侵。不僅如此,因為基因是遺傳性的,所以這免疫數據能經由細菌的繁殖,傳到所有後裔的基因中。

研究人員發現,只要將人造數據假冒成病毒 DNA,細菌便會立刻把數據吸收,將其變成自己基因的一部份。要將一個大腸桿菌菌落變成一群活生生的微形硬碟,史栢曼和利華拉博士只需將數據前後加上微量病毒 DNA,然後將這「冒牌」病毒散播於菌落內,便大功告成。

利華拉博士表示,這研究將成為未來分子記錄技術的基石,可用於觀察長期分子活動,他舉例說:「我們可以利用這技術,記錄細胞的環境,例如與細胞接觸的某種化學物、毒素或病原體。」換而言之,此技術除了可以在細菌中留下詩句外,亦可以留下永久性的標籤,有助現時的生物學研究同時,將打開大量前所未有的可能性。

一遙
明日科學編輯,愛丁堡大學神經語言學學生,精通五國語言,熱愛科學科技。夢想是以所學的知識連接世界文化,為明天的世界帶來正面的影響。