Исследователи из Чикагского университета разработали новую технологию, которая решает эти проблемы. Помечая каждую молекулу ДНК или РНК и позволяя соседним меткам взаимодействовать, метод создает молекулярную сеть, которая кодирует взаимное расположение молекул, формируя пространственную карту генетического материала. Этот метод, получивший название объемной ДНК-микроскопии, позволяет создать 3D-изображение всего организма, давая ученым уникальное представление о генетических последовательностях и их расположении вплоть до уровня отдельных клеток.
Джошуа Вайнштейн, доктор философии, доцент медицины и молекулярной инженерии в Чикагском университете, посвятил более 12 лет разработке этой технологии, частично финансируемой Национальными институтами здравоохранения и Национальным научным фондом. В новой статье, опубликованной в журнале Nature Biotechnology, Вайнштейн и постдокторант Няньчао Цянь применили эту технологию для создания полного генетического профиля эмбриона рыбки данио — модели для изучения развития и нейробиологии.
«Это уровень биологии, который никто никогда раньше не видел», — отметил Вайнштейн. «Возможность увидеть такую картину природы изнутри образца захватывает».
В отличие от традиционных микроскопов, использующих свет или линзы, ДНК-микроскопия создает изображения, вычисляя взаимодействия между молекулами, предлагая новый способ визуализации генетического материала в 3D. Сначала к клеткам добавляют короткие молекулы ДНК, называемые уникальными молекулярными идентификаторами (UMI), которые прикрепляются к молекулам ДНК и РНК. Эти молекулы начинают создавать копии, что запускает химическую реакцию, в ходе которой появляются новые последовательности — уникальные идентификаторы событий (UEI), которые являются уникальными для каждой пары молекул.
Эти пары помогают составить пространственную карту расположения каждой генетической молекулы. Пары UMI, находящиеся близко друг к другу, взаимодействуют чаще и генерируют больше UEI, чем те, которые расположены на большем расстоянии. После секвенирования ДНК и РНК вычислительная модель восстанавливает их исходное местоположение, анализируя физические связи между UMI-метками, создавая таким образом пространственную карту экспрессии генов.
«Это полностью меняет представление о визуализации, — говорит Вайнштейн. — Вместо того чтобы полагаться на оптические приборы, мы используем биохимию и ДНК для формирования сети между молекулами, кодируя их близость друг к другу».
Вайнштейн сравнивает эту технологию с системой сотовых телефонов, которые обмениваются сигналами, чтобы определить местоположение пользователя. Знание номера мобильного телефона или IP-адреса человека — это как знать генетическую последовательность молекулы, а если можно учитывать взаимодействия между телефонами, то можно точно определить их местоположение.
«Мы можем сделать это с телефонами и людьми, так почему бы не сделать это с молекулами и клетками?» — добавляет он.
ДНК-микроскопия не требует предварительных знаний о геноме или форме образца, что делает её полезной для исследования генетической активности в уникальных, ещё неизученных контекстах. Например, опухоли генерируют множество новых генетических мутаций, и эта технология позволяет составить карту микроокружения опухоли и её взаимодействий с иммунной системой. Молекулы иммунных клеток взаимодействуют между собой и с патогенами, и ДНК-микроскопия помогает раскрыть эти генетические механизмы. Это, в свою очередь, может привести к точным методам иммунотерапии рака и созданию персонализированных вакцин.
«Это ключевая основа для получения всесторонней информации о клетках лимфатической системы или опухолевых тканях», — говорит Вайнштейн. «На сегодняшний день существует значительный пробел в технологиях, позволяющих нам понять особенности этих тканей, и мы пытаемся его восполнить».
Источник: https://www.technologynetworks.com/tn/news/dna-microscope-offers-3d-view-of-gene-expression-in-organ...
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
