作者:袁柳 来源:中国科学报 发布时间:2021/3/22 17:18:08
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你的细胞何时崩溃?这项技术能看出端倪

 

利用空间转录组学技术,研究者可得到整个组织的细胞基因活性图。(图片来源:NANOSTRING)

买房关键看位置,细胞在人体内也有类似的生存法则。3月,来自美国得克萨斯大学的癌症研究者在一场报告会上介绍了团队新成果:在肿瘤细胞周围,那些表面看似无恙的细胞,内部已有变化——它们比正常组织表现的更像肿瘤,且更易扩散。

据《科学》报道,这项成果的关键是空间转录组学技术,该技术能帮助研究者定位细胞内部基因、测量基因活性水平。迄今为止,已有人利用该技术研究阿茨海默症、跟踪免疫细胞动态以及人脑发育,甚至有人据此研究新冠肺炎患者的肺部组织。

过去数年间,转录组学技术迅速发展。起初研究者只能在完整组织中追踪几个选定基因,观察其活性,但到2010年,研究者的追踪范围已经扩大到信使RNA,尽管有关数据只能代表数百万个细胞内基因的平均活性。

利用空间转录组技术,生物学家已能追踪单个细胞的所有基因,并意识到不同种类的细胞内部,其基因活性也存在巨大差异。这种差异在同种细胞内也可以观测到。

有研究者利用该技术对比了新冠病毒感染者和健康成年人和急性呼吸道感染病患的肺部组织,发现正常人的肺部组织中,巨噬细胞占比低于4%,而新冠感染者肺部的巨噬细胞含量超过50%。

因为细胞中基因活性的不同,肺部本身也发生了变化。在疾病晚期,肺部器官的正常细胞结构被破坏,与血管相邻的细胞也发生了变化。此外,新冠感染者的心脏也受到影响,尽管表面上看来一些肌肉细胞无明显变化,但细看内部的基因表达,这些细胞似乎已经忘记了它们该做的事。

在阿茨海默症患者的人脑组织切片中,研究者还发现淀粉样蛋白斑附近的细胞,其内部基因活性有所增强,这些蛋白质的标记与被破坏的突触神经细胞相连。

这一系列研究初步揭示了空间转录组学技术的潜力,不过,现有手段并不适用于所有人体组织,且分析耗时较长、设备造价昂贵,单台可达30万美元。目前也没有相关技术能真正在单细胞水平上对组织中的所有活跃基因进行量化。

现在,研究者若想追踪一批基因的活性,需要先在载玻片上添加目标DNA序列,这些序列的作用类似于条形码,会与接触到的DNA相连。之后再将处理过的样本涂抹在载玻片上,细胞中的信使RNA信息泄漏后,与载玻片上的DNA相连。此时再向玻片上添加酶和DNA碱基,信使RNA可被翻译成互补的DNA链。将这些链条和条形码测序,就能获得基因活性信息。

布罗德研究所曾提供一项更简便的低成本方法,该方法将目标DNA序列放在极微小的珠子上,可帮助标记来自数千个基因的信使RNA位置,载玻片上的珠子数量可多达100万个。目前,已有研究者利用该方法研究哺乳动物的心脏发育。

 
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