細(xì)胞要是能講話，肯定會有一番長篇大論值得講：擦身而過的分子們、給鄰居細(xì)胞發(fā)送的信號，它們自己生長變化的過程……這些事件一同構(gòu)成了細(xì)胞的生活史。

盡管研究人員還談不上賦予細(xì)胞講話的能力，但他們現(xiàn)在能給細(xì)胞裝備某種記憶功能，在細(xì)胞生命歷程中記錄下幾周內(nèi)的片段。這種新的方法利用DNA鏈來儲存數(shù)據(jù)，科學(xué)家能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀。zui終，這樣的細(xì)胞能被應(yīng)用到諸多地方，例如能作為環(huán)境傳感器報告與特定化學(xué)物質(zhì)接觸的情況。

過去，研究人員以開啟或關(guān)閉特定蛋白的表達(dá)來作為細(xì)胞對某種刺激的回應(yīng)，以此把細(xì)胞變成簡單的傳感器。但是每一次開關(guān)都只能記錄一條簡單的信息——細(xì)胞是否曾經(jīng)受到過刺激——而無法記錄接受刺激的時長或者規(guī)模。而且如果細(xì)胞死亡，隱藏在蛋白質(zhì)中的信息就會丟失。“我們想要更容易規(guī)?；南到y(tǒng)，好采集到更多的信息。”麻省理工學(xué)院的合成生物學(xué)家盧冠達(dá)（Timothy Lu）說，“作為工程師，我們開始思考一個理想的記憶系統(tǒng)會是什么樣子的。”

他的團(tuán)隊后來選中了一套生物程序，能讓活細(xì)胞在接觸到信號的時候——無論是收到閃光刺激還是暴露在某種化學(xué)物質(zhì)中——重寫自己的DNA。一旦DNA被改寫，哪怕細(xì)胞死亡，信息也仍然被封存在DNA中。所以，通過對攜帶這一程序的細(xì)胞群體進(jìn)行基因測序，研究人員就可以確定特定信號的規(guī)模和持續(xù)時間：擁有基因突變的細(xì)胞越多，就意味著細(xì)胞接觸的信號越強(qiáng)或者歷時越長。

在目標(biāo)刺激存在時，質(zhì)粒（灰色）會產(chǎn)生單鏈DNA（橙色曲線）。這些DNA被整合到特定的基因組座位（橙色圓圈）上。通過這種途徑，突變（綠色細(xì)胞中的星號）的累積得以用來衡量細(xì)胞所接受的目標(biāo)刺激的強(qiáng)度與時長。

這種方法被取名為“SCRIBE”（Synthetic Cellular Recorders Integrating Biological Events）英文縮寫的意思正好是“抄寫員”。這個方法依賴于逆轉(zhuǎn)錄酶系統(tǒng)——逆轉(zhuǎn)錄酶在一些細(xì)菌中天然存在，是細(xì)菌遺傳系統(tǒng)的組成部分。借助逆轉(zhuǎn)錄酶系統(tǒng)，這些細(xì)菌能產(chǎn)生單鏈DNA，并利用它們來改變宿主。盧冠達(dá)的團(tuán)隊從細(xì)菌細(xì)胞做起。他們向細(xì)菌中插入了一套逆轉(zhuǎn)錄酶系統(tǒng)，這套系統(tǒng)只有在對特定刺激（比如某種化學(xué)物質(zhì)）做出應(yīng)答時才會激活，產(chǎn)生出*的DNA。當(dāng)細(xì)胞進(jìn)行DNA復(fù)制時，那段新的DNA就會替換掉原基因組中的一段近乎*相同的DNA片段，使得細(xì)胞的基因發(fā)生輕微的變化。

盧冠達(dá)在一系列細(xì)胞中檢驗了SCRIBE的成效。有的細(xì)胞被他改造得能夠感知光線，其他一些細(xì)胞則能對一種常見的生物試劑做出應(yīng)答。在一個例子中，經(jīng)他改造的細(xì)胞在受到光刺激時會產(chǎn)生抗生素抗性基因。這樣，研究者很容易就能讀取細(xì)胞的“記憶”：當(dāng)細(xì)胞在有抗生素存在的環(huán)境中被培育時，研究人員可以立刻看出哪些細(xì)胞攜帶著新的基因。對細(xì)菌基因組的測序證實了這個結(jié)果。SCRIBE還可以被設(shè)計用來感知其他刺激，并產(chǎn)生任何人們需要的基因變異。

“這套系統(tǒng)有很多潛在應(yīng)用。”盧冠達(dá)說，“其中之一是對細(xì)胞所在的生存環(huán)境做記錄。”他舉例稱，人們可以把活細(xì)胞留在一片水域中一星期，然后再回收。對細(xì)胞DNA進(jìn)行測序可以檢測它們是否接觸過水中的特定細(xì)菌或者毒素。

對于基礎(chǔ)研究人員來說，SCRIBE可能也會非常有用，盧補(bǔ)充道。“在發(fā)育的過程中，你從一個單獨(dú)的細(xì)胞變成一個多細(xì)胞有機(jī)體，每一個細(xì)胞都會受到不同的指引。”他說。SCRIBE能夠讓研究人員記錄下每個細(xì)胞遭遇的刺激如何影響其命運(yùn)。