科学研究人员开发新型 DNA 显微镜，可以“由内而外”绘制生命 3D 图

IT 世家 3 月 31 在基因研究领域，科学家们一直渴望深入生物体，准确观察每个基因的位置和活动。如今，芝加哥大学的研究团队已经成功开发出了一个名为“体积”的 DNA “显微镜”的革命性成像技术，为实现这一目标迈出了关键一步。

据 IT 家族知道，虽然传统的基因测序技术可以揭示样本中遗传信息的序列信息，但不能确定样本中特定基因序列的具体位置，以及它们与周围基因和分子的关系。针对这一局限性，芝加哥大学的研究人员开发了一种新技术，可以同时捕捉遗传信息的身份和位置。通过给单个 DNA 或 RNA 分子添加标签并跟踪相邻标签之间的相互作用。研究人员构建了一个反映基因空间排列的分子网络，然后生成了一个3D基因活动图。这种体积 DNA 显微镜技术可以从内到外，具体到单个细胞水平，生成整个生物的详细三维图像。

芝加哥大学医学与分子工程助理教授在这一领域的研究中约书亚・在美国国立卫生研究院和国家科学基金会的支持下，温斯坦博士已投入十多年。温斯坦博士和博士后研究员最近在《自然生物技术》杂志上发表的一项研究 Nianchao Qian 斑马鱼胚胎完整的3D3D利用该技术成功绘制 DNA 图谱。作为一种广泛应用于研究发育和神经系统模型生物的斑马鱼胚胎，其基因图谱的绘制为相关研究提供了一个全新的视角。

"温斯坦博士说：“这是一个前所未有的生物学角度，从生物样本中可以看出这一景象令人振奋。

不像传统的依赖光源或镜头的显微镜，DNA 显微镜通过计算分子间的相互作用来生成图像，为三维可视化遗传信息提供了一种全新的方法。第一，研究者将一种名为独特的分子标志符（UMIs）的短 DNA 在细胞中加入序列标签，这些标签粘在细胞上。 DNA 和 RNA 分子并开始自我复制，引起化学变化，形成独特的序列，即独特的事件标志符（UEIs）。正是这些匹配关系帮助确定了每一个遗传分子的位置。。距离较近的 UMI 匹配相互作用更加频繁，产生的 UEIs 还有更多，而距离较远的匹配则相反。正确 DNA 和 RNA 在测序之后，通过分析计算模型 UMI 在标签之间进行物理连接，重建其原始位置，然后生成基因表达空间图。

温斯坦博士将这项技术比作利用手机之间的信号交互来决定城市中每个人的位置。。了解每个人的手机号码或 IP 地址类似于了解一个分子的遗传序列，但是如果能够加上它们与周围其它手机的相互作用，就可以计算出它们的位置。“我们可以用这种方法来定位手机和人，那么为什么不能用它来定位分子和细胞呢？它完全颠覆了显像的概念。采用生化反应和生化反应以及生化反应，我们不再依赖光学设备来照亮样品。 DNA 分子间产生一个巨大的网络，并对它们之间的距离进行编码。"

DNA 显微镜技术并不依赖于事先了解样本基因组或形状，因此在理解独特、未知环境下的基因表达方面具有很大的潜力。例如，肿瘤会产生大量的新基因变异，这种工具可以绘制肿瘤微环境及其与免疫系统的相互作用。免疫细胞之间的相互作用和对病原体的反应具有特定的环境依赖性，DNA 显微镜有助于揭示这些基因机制。相反，这些应用可以引导更精确的癌症免疫治疗或定制个性化疫苗。

“这是充分了解淋巴系统或肿瘤组织中独特细胞群的关键基础。”温斯坦博士说:“在此之前，有一个很大的技术空白，阻碍了我们对独特组织的认识，我们正在努力填补这个空白。”

本文仅代表作者观点，版权归原创者所有，如需转载请在文中注明来源及作者名字。

免责声明：本文系转载编辑文章，仅作分享之用。如分享内容、图片侵犯到您的版权或非授权发布，请及时与我们联系进行审核处理或删除，您可以发送材料至邮箱：service@tojoy.com