Eadweard Muybridge gilt als Pionier des frühen Kinos und der wissenschaftlichen Bewegungsfotografie. Sein berühmter Clip eines galoppierenden Pferdes klärte eine Wette darüber, ob alle vier Hufe des Tieres jeweils den Boden verlassen.
Mehr als 130 Jahre später steht Muybridge erneut im Fokus: Forscher haben diesen ikonischen Film erfolgreich in die DNA lebender Zellen kodiert. Das Ergebnis ist das weltweit erste "organische GIF" und ein Meilenstein auf dem Weg zu "molekularen Rekordern", die in Zellen Informationen beobachten, speichern und wiedergeben können.
"Wir wollen Zellen zu Historikern machen", erklärt Neurowissenschaftler Seth Shipman von der Harvard Medical School. "Stellen Sie sich ein biologisches Gedächtnissystem vor, das kleiner, vielseitiger ist als aktuelle Technologien und Ereignisse über die Zeit hinweg unauffällig protokolliert."
Mit der Gen-Editing-Technik CRISPR, finanziert von den National Institutes of Health (NIH), bewiesen die Wissenschaftler, dass beliebige sequentielle Daten – nicht nur genetische – in ein Genom eingebettet werden können. Zunächst testeten sie dies mit einem Bild einer menschlichen Hand, unter Nutzung des bakteriellen Immunsystems.
(Links: Originalbild einer menschlichen Hand, kodiert in Nukleotide und via CRISPR-Cas in Bakterien eingefügt. Rechts: Rekonstruiertes Bild nach mehreren Bakteriengenerationen durch Genomsequenzierung. Credit: Seth Shipman)
Wenn Bakterien von Viren angegriffen werden, schneiden Enzyme den viralen Code und speichern Teile davon in ihrem Genom – wie Trophäenköpfe an einem Pfahl. CRISPR-Cas9 schneidet die DNA, während Cas1 und Cas2 sie sequentiell einfügen. Die Forscher hackten diesen Prozess: Sie fütterten E. coli mit synthetischen DNA-Strängen, die sequentielle Daten (z. B. für Bilder oder Animationen) enthielten. Diese lassen sich später dekodieren. Mehr zu CRISPR.
Das Muybridge-GIF demonstriert das Potenzial, Zellen in mobile Aufzeichnungsgeräte zu verwandeln – ideal für Krankheitsmodellierung, Umweltüberwachung oder Bodenanalysen auf Schadstoffe.
Besonders vielversprechend für die Neurowissenschaften: Shipman sieht darin ein Tool, um Gehirnentwicklung intern zu tracken. "Neuronen könnten eine molekulare Chronik des Gehirns erstellen", sagt er. "Wir sammeln Daten aus jeder Zelle gleichzeitig, ohne Invasion – perfekt für unveränderte Beobachtung."
Andere Teams kodieren bereits Dateien wie ZIPs in DNA: Im März berichteten Forscher des New York Genome Center in Science über komprimierte Dateien – von einer 1948er Studie über ein OS bis zum Film L'Arrivée d'un train en gare de La Ciotat und einem 50-$ Amazon-Gutschein.