利用標(biāo)記的核酸堆疊DNA堿基，采用計算機(jī)算法解析堿基堆疊信號，直接觀測基因組信息

●創(chuàng)新點(diǎn)

從光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、熒光顯微鏡、光片顯微鏡到近年來發(fā)展火熱的用于觀察蛋白質(zhì)三維立體結(jié)構(gòu)的冷凍電鏡，顯微鏡的使用性能逐級在提升，標(biāo)志著顯微技術(shù)的日趨成熟。然而，有一件事是上述顯微技術(shù)無法捕捉到的，即細(xì)胞在基因組水平發(fā)生了什么。

美國霍華德·休斯醫(yī)學(xué)院、麻省理工學(xué)院腦研究所的張鋒團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種全新的顯微鏡——DNA顯微鏡。它不依賴光或任何類型的光學(xué)器件，通過獨(dú)特的成像模式，可將物理圖像編碼為DNA，并以精確的序列信息推斷細(xì)胞分辨率的原始轉(zhuǎn)錄物的物理圖像，從而實(shí)現(xiàn)在基因組水平上對細(xì)胞的觀察。相關(guān)研究成果于2019年6月20日發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）雜志上。

●方法和結(jié)果

與以往的顯微技術(shù)不同，該項(xiàng)技術(shù)通過cDNA文庫中每一個標(biāo)記的DNA與樣本中的RNA互補(bǔ)結(jié)合，給予樣品中的每一個分子一個標(biāo)簽。接下來，以標(biāo)記的DNA為模板，通過擴(kuò)增方式使得每一個標(biāo)記的DNA周圍都聚集著自己的副本，猶如一個向外發(fā)射自己信號的無線電發(fā)射塔。然后，副本之間會在鄰近區(qū)域碰撞并互相以對齊為模板進(jìn)行擴(kuò)增、延伸自己，進(jìn)而產(chǎn)生不同長度、多種類型的DNA鏈。最后，經(jīng)DNA測序儀讀出樣品中的DNA堿基，通過計算機(jī)算法解析這些堿基信號，并將樣本中的DNA序列轉(zhuǎn)化為圖像，進(jìn)而在光學(xué)顯微鏡下觀測樣本中的基因組信息。

應(yīng)用前景

DNA顯微鏡不僅僅是一種新技術(shù)，更是對之前顯微鏡使用方式的一種超越。通過DNA顯微鏡，人們可以直接構(gòu)建細(xì)胞圖像，并積累大量的基因組信息。此外，免疫細(xì)胞基因內(nèi)的每種變異都可以引發(fā)細(xì)胞產(chǎn)生的抗體類型發(fā)生變化，即使當(dāng)細(xì)胞位于組織內(nèi)時，也可以改變抗體產(chǎn)生。DNA顯微鏡的出現(xiàn)，可能潛在地識別出最適合靶向特定癌細(xì)胞的免疫細(xì)胞，有望加速免疫療法治療的發(fā)展，幫助患者免疫系統(tǒng)對抗癌癥。

Source：WEINSTEIN J A, REGEV A, ZHANG F. DNA microscopy: Optics-free spatiogenetic imaging by a stand-alone chemical reaction[J]. Cell, 2019,178(1): 229-241.