對于弗吉尼亞大學（UniversityofVirginia）MazharAdli教授來說，這些在電腦屏幕上飛舞的小點點，代表了他夢想的實現(xiàn)。這些熒光點的實時移動，指明了一種從未有過的方式，讓我們有望對人類基因組、癌癥和遺傳疾病產(chǎn)生新的理解。
▲新技術對HeLa細胞17號染色體上一個片段的實時觀測
MazharAdli教授的團隊開發(fā)了一種能夠?qū)崟r跟蹤活細胞內(nèi)基因的方法，可以讓特定的基因片段發(fā)光。這樣，人們就能夠以三維的視角觀測到基因在細胞內(nèi)的位置和運動路徑，就像用天文望遠鏡觀察太空中的星星一樣。這一重要突破發(fā)表在近期的《自然》子刊《NatureCommunications》上。
在細胞中的定位以及與其他基因的相對位置，會對一個基因的效應產(chǎn)生重要的影響。因此，針對特定基因在細胞中的三維定位將有望幫助科學家以一種新的視角，大大加深對我們理解基因如何工作和相互作用，以及對我們健康的影響。
▲文章通訊作者MazharAdli教授（左）和AhmetYildiz教授（右）
“這個夢我已經(jīng)做了很久，”MazharAdli教授說道：“我們能夠在活細胞中對基因組中幾乎任何一個區(qū)域進行實時觀測，而且效果很好。采取傳統(tǒng)的標準方法，你基本上永遠都不會得到這樣的數(shù)據(jù)，因為你必須殺死細胞才能進行此種成像，但是我們現(xiàn)在卻可以在活細胞中做到實時成像?！?/p>
盡管DNA是線性分子，但也會折疊成三維結構。這時，原本在DNA鏈上線性距離很遠的兩個基因，也可能會相互接近，進而發(fā)生影響基因功能發(fā)揮的相互作用。
新方法采用了CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)。研究者在單鏈引導RNA（sgRNA）的尾部連接了16個重復的MS2RNA片段，配以失去核酸酶活性的dCas9酶，以避免破壞靶標基因。MS2片段源自噬菌體，其折疊結構可與MS2被殼蛋白（MCP）結合。這時，若以熒光基因標記MCP，便可在光學顯微鏡下對特定基因進行活細胞成像。實驗顯示，如果增加MS2片段的重復次數(shù)，則可顯著提高信噪比和靈敏度，即便對于低重復和非重復基因片段也能進行三維觀察。此外，研究者還可以使用CRISPR技術，將特定基因“打開”或“關閉”，然后再來看看會細胞內(nèi)發(fā)生什么。
▲經(jīng)過改造的CRISPR/Cas9系統(tǒng)可以對特定基因片段進行標記
這一新方法克服了基因成像長期以來存在的限制?！拔覀冊桓嬷@是永遠都做不到的，”MazharAdli教授說道：“是有一些方法能讓你看到三維組織結構，但是你必須對數(shù)以億計的細胞進行實驗，而且得先殺死這些細胞。我們現(xiàn)在可以在單細胞水平直接觀察活細胞，可以對那里發(fā)生的一切進行錄像?！?/p>
為了成像而培養(yǎng)大量的細胞并將其殺死，是一件十分耗時的事情，并且難以弄清楚細胞內(nèi)部的DNA究竟經(jīng)歷了什么，就像很難從球賽的剪影中看懂足球的規(guī)則。MazharAdli教授團隊開發(fā)的新方法，就好比能讓人們坐下來，完整地觀看一場球賽的錄像?！斑@是一個十分激動人心的事情，”他說道。
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