新DNA显微镜“从内到外”绘制生命3D图

科技日报北京3月30日电 （记者张梦然）美国芝加哥大学的科学家开发出一种名为体积DNA显微镜的革命性成像技术。该技术可“从内到外”绘制生命3D图，科学家通过标记和追踪分子间的相互作用，构建出复杂的遗传物质3D图，进而提供前所未有的生物体内视图。相关研究成果发表在新一期《自然·生物技术》杂志上。

传统的基因测序方法虽能揭示样本中丰富的遗传信息，但无法显示特定基因序列在样本中的具体位置，或其与周围基因和分子的关系。为弥补这一缺陷，新研发的技术可以在捕捉遗传物质身份的同时记录其位置信息。该方法通过给单个DNA或RNA分子添加短的DNA序列标签，即唯一分子标识符UMI，然后跟踪这些标签之间的相互作用来实现。这种相互作用有助于创建反映基因空间排列的分子网络，从而生成一个三维图像。

在使用体积DNA显微镜时，UMI会附着于细胞内的DNA和RNA分子上，并开始复制。这个过程会产生唯一事件标识符UEI。每个UEI都是独一无二的，它们帮助确定每个基因分子的具体位置。相邻的UMI因相互作用频繁，产生的UEI也较多，这为计算模型提供了重建原始位置所需的信息，进而创建基因表达的空间图。

与依赖光线或镜头的传统显微镜不同，体积DNA显微镜依靠计算分子间的相互作用来创建图像。这种方法被比喻为利用手机数据确定城市中人们的位置，就像知道手机号码可以帮助定位个人一样，分析分子间的互动也可以推断它们在体内的位置。

这项技术不依赖先前知识，因此适用于探索未知背景下的基因表达情况。如在肿瘤研究中，其可用于绘制肿瘤微环境及免疫系统交互作用的地图，这对于发展更精确的癌症免疫治疗或定制个性化疫苗具有重要意义。