رکوردرهای پروازهای هوایی و دوربین‌های مداربسته به کارآگاهان کمک می‌کند تا از وقایع آشفته و پیچیده سر در بیاورند. زیست‌شناسانی که سلول را مطالعه می‌کنند نیز تلاش کرده‌اند رکوردرهای خود را بسازند؛ برای مثال، با برقراری ارتباط بین فعالیت یک ژن مورد نظر با ژنی که یک پروتئین فلوروسنت تولید می‌کند. هدف از این کار شفاف‌سازی پروسه‌هایی است که به ایجاد سرطان، پیری، تأثیرات محیط و تکوین رویان مربوط می‌شوند. رکوردر سلولی جدیدی که از تکنولوژی کریسپر (ابزار ویرایش ژنی که اخیراً انقلابی در زیست‌شناسی به راه انداخته) قرض گرفته شده، می‌تواند یک دستگاه فیلم‌برداری بهتری باشد که اطلاعات روی DNA را ثبت می‌کند.
این هفته، دیوید لیو شیمی‌دان و ویکسین تانگ، هر دو از دانشگاه هاروارد، از دو شکل از دستگاه ثبت‌کننده‌ی وقایع چندگانه‌ی آنالوگ به واسطه‌ی کریسپر (CAMERA) رونمایی کردند. در آزمایش‌های اثبات مفهوم، نشان داده شد که چگونه این ابزار می‌تواند هم در باکتری‌ها و هم در سلول‌های انسانی، قرار گرفتن در معرض نور، آنتی‌بیوتیک‌ها، عفونت ویروسی یا وقایع مولکولی داخل سلول را ثبت کند.
کار اصلی کریسپر مثل همیشه هدف‌گیری و بریدن دو رشته‌ی DNA است. سلول‌ها به طور طبیعی برش‌های خود را ترمیم می‌کنند، اما در این پروسه، آن‌ها می‌توانند خطاهایی تصادفی در ساختار ژن ایجاد کنند که آن را غیرفعال می‌کند. چندین گروه از این خطاهای تصادفی یا مارکرها (بارکد هم می‌توان گفت) استفاده کرده‌اند تا “تمایز” سلول‌ها را بین حالت‌های مختلف ردیابی نمایند.
دیوید لیو همان محققی است که سال پیش با خبر ویرایش باز خود دنیای علم را هیجان‌زده کرد:
مقاله‌ی مرتبط: مروری بر روند توسعه سیستم اصلاح ژنی کریسپر از ابتدا تاکنون
لیو ولی به دنبال خوانشی بهتر بود. “ما می‌خواستیم از آن ترکیب تصادفی فاصله بگیریم. در آن حالت، تفسیر یافته‌ها بسیار سخت‌تر می‌شود”. هدف تیم او نه فقط تعیین پاسخ سلول به یک محرک، بلکه تعیین قدرت و مدت زمان پایداری آن نیز بود. مثلاً برای دستیابی به فهم بهتر از سرطان این روش کارایی دارد. “ما عاشق این هستیم که قادر باشیم بدانیم آیا سلول‌ها در وضعیت‌های خاص به سیگنال‌های توقف رشد پاسخ می‌دهند یا آن‌ها را نادیده می‌گیرند”.
یکی از اَشکال کَمِرا از مزیت یکی از مشخصه‌های عجیب باکتری‌ها استفاده کرده است: “پلازمیدها” DNAهای حلقوی آزاد در سیتوپلاسم هستند که تکثیرشان مستقل از باکتری است ولی به دقت جمعیت خود را تنظیم می‌کنند. محققان دو پلازمید “رکوردر” R1 و R2 را ساختند که در یک نسبت ثابتی باقی می‌مانند. سپس آن‌ها پلازمید دیگری ساختند که حاوی اجزای کریسپر بود؛ یک RNA راهنما (gRNA) که توالی خاصی از DNA را شناسایی می‌کند و آنزیم Cas9 که دو رشته‌ی DNA را می‌بُرد. ژن‌های مذکور برای تخریب R1 طراحی شده‌اند؛ زمانی که سلول یک محرک ویژه را تجربه می‌کند. در یکی از تست‌ها، رکوردری به باکتری داده شد که با آنتی‌بیوتیک فعال می‌شود. با توالی‌یابی پلازمیدها و ثبت تغییر نسبت R1 به R2، می‌توان مدت قرار داشتن سلول‌ها در معرض دارو را تعیین کرد.
کَمِرای دوم از Cas9ای استفاده می‌کند که به جای بریدن دو رشته، از آنزیمی استفاده می‌نماید که باز سینوزین (C)، یکی از حروف چهارگانه‌ی DNA را به تیمین (T) تبدیل می‌کند. برای ثبت یک واقعه، gRNA، این ویرایشگر باز را برای فرود روی یک ژن “لنگرگاه امن” (safe harbor) راهنمایی می‌کند. لنگرگاه امن ژنی است که بدون آسیب به سلول می‌تواند تغییر کند. دوباره محققان این سیستم را به یک سیگنال مخصوص مرتبط کردند. برای آزمایش، محققان سلول‌های انسان را برای فعال‌سازی مسیر سیگنالی Wnt تحریک کردند، که در تکوین رویان و سرطان نقش دارد. کَمِرا در حضور فعالیت Wnt روشن شد و این فعالیت را با اعمال تغییر روی ژن لنگرگاه امن نشان داد.
کَمِرا در نمونه‌هایی به کوچکی ۱۰ سلول کار می‌کند و به هدف خود، یعنی ثبت وقایع یک سلول واحد نزدیک شده است. جورج چرچ، متخصص ژنتیک هاروارد که تکنولوژی کَمِرا در آزمایشگاه او ایجاد شده است می‌گوید:
اگر به ثبت نقشه‌ی فعالیت مغز پرداخته باشید، می‌فهمید که هر سلول داستان متفاوتی دارد. این که شما یک دوبین فیلم‌برداری زمان‌دار مولکولی واحد از جنس توالی DNA داشته باشید ایدئال است. می‌توانید به راحتی آن را بخوانید و به شما خواهد گفت که در تابع زمان، درون هر سلول چه اتفاقی افتاده است.
کَمِرا ویژگی بالقوه مفید دیگری هم دارد و آن این است که می‌تواند اطلاعات ثبت شده‌ی خود را به حالت اول برگرداند. برای مثال، این کار با داروهایی انجام می‌شود که نسبت پلازمیدها را به بیس‌لاین خود برمی‌گردانند. همچنین کَمِرا می‌تواند چندین سیگنال مختلف را به صورت همزمان و یا یکی پس از دیگری ثبت نماید.
با این حال برای اثبات کارآیی کَمِرا، محققان باید نشان دهند که می‌تواند در سلول‌های یک جانور هم کار کند. در آزمایش Wnt، لیو فقط یک خط سلولی به کار گرفته است. قدرت اصلی این تکنولوژی هنوز به نمایش درنیامده است.
