大神张锋Cell发表突破技术！DNA显微镜，有望改进癌症治疗

华人科学家张锋是CRISPR技术的先驱之一，然而，他的科研成就并不局限于基因编辑领域。

图片来源：Cell

6月20日，张锋与Broad研究所的另外两位科学家Joshua A. Weinstein和Aviv Regev在Cell杂志上[1]发表了一项突破成果。他们开发了一种描绘细胞的新技术——DNA显微镜。这种新型显微镜能够展示细胞和组织中的DNA和RNA是如何排列的，且可揭示通过其它显微镜不容易获得的空间和分子信息。

不同于光学或电子显微镜，DNA显微镜利用DNA本身作为一种工具，将分子信息与空间数据结合起来。

为了可视化组织样本，研究人员首先添加小型合成DNA标签，这些标签附着在细胞内的遗传物质上；然后，标签经复制，以“云”的形式在细胞间扩散，并且互相作用，进一步结合，创造出更独特的DNA标签；最后，研究人员收集被标记的遗传物质，然后对其进行测序和计算解码，以重建它们的相对位置和样本的物理图像。

该图对比了一个细胞群的光学成像(左)和基于DNA显微镜提供的信息推断出来的相同细胞群的可视化图像（右）。（图片来源：Weinstein et al./Cell 2019）

研究中，张锋等证明了通过标记RNA分子，显示样本中单个人类癌细胞位置的能力。研究小组认为，DNA显微镜有望用于描绘任何能与合成DNA标签相互作用的分子群。

由DNA显微镜提供的一个样本数据的可视化图像（图片来源：Joshua Weinstein,Broad Institute）

为了确定这项技术的效果如何，科学家们在携带表达绿色或红色蛋白基因的细胞中进行了测试。结果显示，尽管用DNA显微镜生成的图像不如光学显微镜拍摄的图像清晰，但DNA显微镜可区分出基因上截然不同的红细胞和绿细胞。此外，DNA显微镜还捕捉到了细胞的排列。

由DNA显微镜提供的一个样本中细胞群数据的可视化图像（图片来源：Weinstein etal./Cell 2019）

论文第一作者兼通讯作者Joshua Weinstein说：“我们的目标不是取代光学显微镜，但DNA显微镜能够做一些光学显微镜做不到的事情。例如，光学显微镜往往无法区分DNA不同的细胞，如具有特定突变的肿瘤细胞或免疫细胞，这些细胞在重组它们的DNA后在基因上通常是独一无二的。而DNA显微镜可能能够通过识别能攻击肿瘤的免疫细胞来帮助改善某些癌症治疗。”

此外，DNA显微镜也有望帮助科学家研究神经系统的发育，因为在发育过程中，细胞通常会产生独特的、使它们能够形成特殊蛋白质的RNA。

除了功能上的独特性，DNA显微镜的另一巨大优势是，不需要专门的设备，且可以同时处理大量的样本。

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参与该研究的计算机和系统生物学家Aviv Regev在接受《纽约时报》采访时说：“当我第一次看到DNA显微镜图像时，我惊呆了。”

Weinstein认为，DNA显微镜是一种全新的细胞可视化方法，它使研究者们能够看到基因独特的细胞（如组成免疫系统、癌症的细胞）是如何相互作用的。能用这个工具来扩展对遗传和分子复杂性的理解令人非常高兴。

不过，瑞典皇家理工学院的分子技术专家Joakim Lundeberg认为，尽管这项技术“相当酷”，但该研究还只是初步的。科学家们还需要进一步确定DNA显微镜的能力，如果它能够产生一个样本中细胞的3D图像，那么将非常有价值。

小结

领域：新技术

杂志：Cell

亮点：张锋等3位科学家发明了一种名为“DNA显微镜”的新技术。利用该技术，研究人员能够精确定位细胞内mRNA分子的位置，并生成一个可视化的转录物图像。作者们认为，DNA显微镜有望用于改善癌症治疗。

相关论文：

[1]Joshua A. Weinstein et al. DNA Microscopy: Optics-free Spatio-genetic Imaging by a Stand-Alone Chemical Reaction. Cell（2019）.

参考资料：

1# A chemical approach to imaging cells from the inside

2# Researchers use DNA to take pictures of cells

3# New Technique Maps RNAs in Cells Without a Microscope