[发明专利]日志记录的分子事件的时机

说明书

通过在多核苷酸中产生双链断裂(“DSB”)并通过采用同源定向修复(“HDR”)来修复该DSB而插入新的多核苷酸序列的过程，将细胞经历的分子事件和那些事件的时机指示物的日志存储在现有多核苷酸中。新的多核苷酸序列的存在、顺序和数量提供事件和那些事件的时机的日志。用于产生DSB和/或采用HDR的修复的细胞机制由细胞内或细胞外信号调节。当在细胞的DNA中产生该日志时，变化可以遗传地传递到该细胞的后续世代。细胞信号和插入的HDR模板的序列之间的关联允许识别细胞经历的事件和时机。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年7月1日提交的标题为“Storage Through Iterative DNAEditing”的美国临时专利申请序列号62/357,828，2016年9月23日提交的标题为“StorageThrough Iterative DNA Editing”的美国临时申请序列号62/399,190，2017年4月20日提交的标题为“Mechanisims for Molecular Event Logging”的美国临时申请号62/487,671，和2017年6月16日提交的标题为“Timing Of Logged Molecular Events”的美国专利申请序列号15/625,998的权益，其均通过引用整体明确并入本文。

背景技术

通过微观、廉价且易于制造的装置(即，细胞)感测和记录信息的能力对于包括生物体内的诊断健康测量或在更大尺度上感测物理现象(例如河流中的环境毒素水平)的许多探测应用具有巨大潜力。此外，将单个细胞的内部状态记入日志的能力为更深入地理解和研究个体生物细胞如何在其正常生活环境内以健康和疾病两种状态运作提供了许多机会。产生这样的日志的能力通过可以跟踪记入日志的事件的时机的机制而进一步增强。

发明内容

本发明内容是为了以简化形式介绍一些选择的概念而提供，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在确定要求保护的主题内容的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制要求保护的主题内容的范围。

细胞的内部和外部状态或刺激(例如，温度，pH，给定分子的水平，对于光、化学物质或其他刺激的膜结合受体，或可通过蛋白质和/或核糖核酸(RNA)转导的可测量的量)可被记录到位于细胞内的稳定多核苷酸(例如，脱氧核糖核酸(DNA)，RNA或DNA-RNA杂合体)记忆中。感测的状态或刺激的这种记录可以是可遗传的并且传递给后续细胞世代。该记录可以通过多核苷酸的测序来读取。因此，稳定的多核苷酸产生类似于细胞所经历的状态或刺激的日志文件的记录。特定的核酸序列也可以响应于在已知时间发生的事件而引入稳定的多核苷酸中。时间相关的插入物的使用可以与感测的状态或刺激的记录一起提供时间信息。

精确的基因编辑技术，例如CRISPR/Cas(规律间隔成簇短回文重复序列/CRISPR相关蛋白)系统和TALEN(转录激活因子样效应核酸酶)使得能够以将预定的多核苷酸序列引入现有多核苷酸的方式操纵多核苷酸。利用这些技术，可以将记录顺序地写入多核苷酸，使得信号记录不需要任何外部控制信号，并且可以通过输入状态的自动、定期采样来执行。可以通过添加包含产生用于日志记录的分子事件的基因产物的基因或操纵子的载体而改变细胞。可以通过将细胞人工暴露于导致引入特定序列的条件而记录事件的时机，所述特定序列随后可以与暴露的时间相关联。产生周期性信号的基因振荡器或其他细胞机制的使用也可用于触发记录时间推移的多核苷酸序列的插入。

细胞中的多核苷酸可以被切割以产生双链断裂(“DSB”)。可以使用同源定向修复(“HDR”)将新的多核苷酸序列插入DSB中。形成DSB并响应于信号而整合HDR模板产生了细胞所经历的事件及其时机在多核苷酸中的记录。

附图说明

具体实施方式参照附图进行阐述。在附图中，附图标记的最左边的数字标识其中首次出现该附图标记的图。在不同图中使用相同的附图标记表示相似或相同的项目。

图1显示用酶切割dsDNA并通过HDR插入新DNA的示意图。