新DNA顯微鏡“從內(nèi)到外”繪制生命3D圖

科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

美國(guó)芝加哥大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)出一種名為體積DNA顯微鏡的革命性成像技術(shù)。該技術(shù)可“從內(nèi)到外”繪制生命3D圖，科學(xué)家通過標(biāo)記和追蹤分子間的相互作用，構(gòu)建出復(fù)雜的遺傳物質(zhì)3D圖，進(jìn)而提供前所未有的生物體內(nèi)視圖。相關(guān)研究成果發(fā)表在新一期《自然·生物技術(shù)》雜志上。

一種新的3D基因成像法可能為癌癥、免疫和發(fā)育帶來新的見解。（藝術(shù)概念圖）來源：美國(guó)每日科技網(wǎng)

傳統(tǒng)的基因測(cè)序方法雖能揭示樣本中豐富的遺傳信息，但無法顯示特定基因序列在樣本中的具體位置，或其與周圍基因和分子的關(guān)系。為彌補(bǔ)這一缺陷，新研發(fā)的技術(shù)可以在捕捉遺傳物質(zhì)身份的同時(shí)記錄其位置信息。該方法通過給單個(gè)DNA或RNA分子添加短的DNA序列標(biāo)簽，即唯一分子標(biāo)識(shí)符UMI，然后跟蹤這些標(biāo)簽之間的相互作用來實(shí)現(xiàn)。這種相互作用有助于創(chuàng)建反映基因空間排列的分子網(wǎng)絡(luò)，從而生成一個(gè)三維圖像。

在使用體積DNA顯微鏡時(shí)，UMI會(huì)附著于細(xì)胞內(nèi)的DNA和RNA分子上，并開始復(fù)制。這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生唯一事件標(biāo)識(shí)符UEI。每個(gè)UEI都是獨(dú)一無二的，它們幫助確定每個(gè)基因分子的具體位置。相鄰的UMI因相互作用頻繁，產(chǎn)生的UEI也較多，這為計(jì)算模型提供了重建原始位置所需的信息，進(jìn)而創(chuàng)建基因表達(dá)的空間圖。

斑馬魚胚胎的體積DNA顯微鏡圖像。來源：芝加哥大學(xué)韋恩斯坦實(shí)驗(yàn)室

與依賴光線或鏡頭的傳統(tǒng)顯微鏡不同，體積DNA顯微鏡依靠計(jì)算分子間的相互作用來創(chuàng)建圖像。這種方法被比喻為利用手機(jī)數(shù)據(jù)確定城市中人們的位置，就像知道手機(jī)號(hào)碼可以幫助定位個(gè)人一樣，分析分子間的互動(dòng)也可以推斷它們?cè)隗w內(nèi)的位置。

這項(xiàng)技術(shù)不依賴先前知識(shí)，因此適用于探索未知背景下的基因表達(dá)情況。如在腫瘤研究中，其可用于繪制腫瘤微環(huán)境及免疫系統(tǒng)交互作用的地圖，這對(duì)于發(fā)展更精確的癌癥免疫治療或定制個(gè)性化疫苗具有重要意義。