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研究人员开发出新的技术来对细胞群和遗传内容进行成像

2019-07-02 08:41:05 • 来源：

研究人员提出了一种新的方法来对细胞群及其遗传内容进行成像。他们的研究发表在6月20日的“ 细胞 ”杂志上，描述了一种称为DNA显微镜的技术如何帮助阐明细胞和组织内遗传物质的空间组织，而无需专门的昂贵光学设备。仅使用样品本身加上用移液器提供的试剂，DNA显微镜提示样品提供有关其自身的空间信息，作为化学反应的一部分 - 其产物可通过DNA测序读出。

研究人员开发出新的技术来对细胞群和遗传内容进行成像

研究人员开发出新的技术来对细胞群和遗传内容进行成像

该图显示了DNA显微镜提供的数据的可视化，其具有与光学成像相当的分辨率。图片来源：Weinstein等。

如果可以将光学显微镜与从轨道卫星拍摄城市的照片进行比较，那么DNA显微镜就像是在街道上游览这个城市，共同作者，哈佛大学和麻省理工学院博士后研究员Joshua Weinstein说。

Weinstein，计算和系统生物学家Aviv Regev以及神经科学家和分子生物学家Feng Zhang(@zhangf)使用DNA显微镜对人类癌细胞系进行成像。他们的目标是准确成像癌症突变，免疫受体，免疫球蛋白基因等中发现的高度可变基因序列的长片段。

了解细胞如何相互作用对于推进生物研究和临床治疗至关重要。尽管在分析细胞的分子成分方面取得了进展，但空间映射这些成分仍然是机器密集型的，依赖于光学显微镜或切片和解剖。

要了解DNA显微镜的工作原理，想象一下根据无线电塔之间的无线电信号构建美国城市地图。即使每个城市的无线电塔只捕捉其最近的邻居，算法也可以将这些不完整的，不精确的数据编译成精确的地图。

在DNA显微镜中，化学反应标记了称为独特分子标识符(UMI)的短DNA片段。UMI是无线电塔，无线电信号是继扩散物理学之后的UMI副本云。

由于UMI，正在研究的样品现在点缀着化学离散点。跟踪UMI复制云之间的碰撞 - 将每次碰撞写入DNA序列产品作为化学反应 - 允许研究人员缩小原始UMI位置的不确定性。得到的图像是物理空间中分子位置的二维或三维遗传详细图。

该图表示由标记分子可以合理地传递的分子数量决定的数十万个维度。

样本中的化学反应将信息编码到DNA中，算法可以从中解码分子的相对位置，而无需事先了解细胞身份或遗传变异的性质，

DNA显微镜的弱点在于解决空白空间，例如在盘子上​​铺设的两个细胞之间的大间隙。如果可以解决这个问题，研究人员希望能够更全面地探索生物世界中微小的空间结构，揭示可能被基于光学和电子的成像极限隐藏的信息层。

“我们相信这项技术最激动人心的应用是在生物学领域，其中突变，RNA编辑和其他形式的核苷酸水平变异在生物体内携手产生生理结果或导致疾病，”Weinstein说。例子包括了解免疫系统如何发展，神经系统如何连接，以及肿瘤中如何存在基因突变并影响它们与其他细胞(包括免疫细胞)的相互作用。

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