“DNA打字机”能记录细胞的(de)历史,杰(jie)伊·申杜雷,研究职员,亚历克斯(si)·席尔

参考消息网11月29日报道 据美国《纽约时报》网站11月25日报道，受精卵在受孕后不久就会分裂，变(bian)成两个(ge)。然后，每个(ge)细胞又分裂，变(bian)成四个(ge)，如此这般不停分裂下去(qu)。随着时间推移，这一代代细胞逐(zhu)渐分化，产生人体(ti)所有分歧的(de)器官(guan)和组织，统共包含36万亿个(ge)细胞。

科(ke)学家(jia)很想了解这些细胞在时间维度上的(de)轨迹。瑞士巴(ba)塞尔大学的(de)亚历克斯(si)·席尔说(shuo)：“这是100多年来像(xiang)我这样(yang)的(de)发育生物学者求(qiu)之不得的(de)事情。”但他们所能做到的(de)不过是拍摄(she)分歧阶段细胞的(de)快照。

因为缺少完整的(de)历史记录，科(ke)学家(jia)对于细胞究竟怎样(yang)产生我们的(de)器官(guan)，或者在性命的(de)随后阶段它们怎样(yang)让伤口愈合(he)，还有很多东西需要学习(xi)。苏黎世联邦理工学院的(de)较量争论生物学家(jia)塔尼娅(ya)·施塔德勒(le)说(shuo)：“我们真的(de)只是一知半解。”

正(zheng)如施塔德勒(le)及(ji)其同事25日在《天然综述：遗传学》杂志上描述的(de)那样(yang)，他们的(de)实(shi)验室和世界各(ge)地的(de)其他实(shi)验室正(zheng)试图(tu)把细胞变(bian)成它们自己的(de)历史学家(jia)。研究职员改革的(de)细胞可(ke)以在脱氧核糖核酸（DNA）中拔出独特的(de)小块遗传物质。当细胞分裂时，这些基因位就会变(bian)成独特的(de)条形(xing)码。

这项技术还能让细胞在履历显著事件时建立基因记录。这些事件包括接(jie)收其他细胞发出的(de)信号(hao)或制造某种特殊卵白质。

展开剩(sheng)余 70 %

席尔猜想，有朝(chao)一日，大夫甚至可(ke)能将“岗哨细胞”注入我们体(ti)内，追踪不断变(bian)化的(de)健康状况。他说(shuo)：“我现在感(gan)觉(jue)有点不惬意——我3个(ge)月前是否有过感(gan)染(ran)？7个(ge)月前是否有过汞中毒？”答案可(ke)以在这类岗哨细胞记录的(de)细胞历史中找到。

华盛(sheng)顿大学生物学家(jia)、DNA测序先驱杰(jie)伊·申杜雷说(shuo)：“我把所有筹码都压在了这些技术上。对于怎样(yang)随着时间来测量来说(shuo)，这是一种全新的(de)范式。”

申杜雷是最早设想这类能记录历史的(de)细胞的(de)科(ke)学家(jia)之一。2000年，还是研究生的(de)他花了6个(ge)月的(de)时间实(shi)验构建一种可(ke)以定期(qi)改变(bian)自身一小部分DNA的(de)细胞。他在失败之后放弃了这个(ge)项目。

在接(jie)下来的(de)十年里，研究职员发现了一种强大的(de)DNA编辑新工具，名为纪律成簇隔断短回文重复系(xi)统（CRISPR）。这项技术可(ke)以锁定细胞基因组中的(de)一处位置，然后剪切或拔出新的(de)DNA。

申杜雷及(ji)其同事们开始行使CRISPR来记录细胞的(de)历史。他们改革了斑马鱼的(de)细胞。这个(ge)物种很容易研究，因为它的(de)胚胎是通明的(de)。研究职员改革了斑马鱼，这样(yang)他们就能在其基因组中的(de)十几处位置剪切或增加DNA。

然后，研究职员用这些细胞培育出鱼胚胎。每隔一段时间，一个(ge)细胞就会随机改变(bian)其中一处位置。当它分裂时，它的(de)后代细胞就会承继这些遗传变(bian)化。

当鱼成年后，科(ke)学家(jia)对它们的(de)DNA进行测序。被改变(bian)的(de)DNA位点就像(xiang)条形(xing)码一样(yang)，险些相(xiang)同的(de)条形(xing)码注解相(xiang)关细胞关系(xi)密切。

申杜雷及(ji)其同事追溯了这些细胞之间的(de)遗传关系(xi)。例(li)如，血细胞中的(de)条形(xing)码表现，一条鱼险些所有的(de)血液都来自五个(ge)祖(zu)细胞。

申杜雷及(ji)其同事在2016年发表这些结果后意想到，并非只要他们有这类深刻见(jian)解。他说(shuo)：“本来约莫有10个(ge)人有同样(yang)的(de)设法主(zhu)意。”

现在，研究职员正(zheng)在共同积极，创(chuang)造新一代的(de)细胞记录器。

例(li)如，加州理工学院的(de)迈(mai)克尔·埃洛维茨及(ji)其同事开发出一种记录仪，让科(ke)学家(jia)不需要破(po)坏(huai)细胞就能读取(qu)其历史。他们可(ke)以把化学物质浇在细胞上，如果细胞带有特定的(de)条形(xing)码，化学物质就会使细胞发光。

埃洛维茨和其他研究职员也在发现让细胞记录特定事件的(de)方法。例(li)如，免(mian)疫细胞或许可(ke)以记录对病(bing)毒的(de)感(gan)知，皮肤细胞也可(ke)以记录受阳(yang)光安慰产生色素(su)的(de)时间。

最近，申杜雷及(ji)其同事们通过创(chuang)造一种“DNA打字机”扩大了细胞记录器的(de)功效。细胞在DNA上增加符号(hao)后，可(ke)以间接(jie)在旧符号(hao)旁边增加新符号(hao)，就像(xiang)打字机上的(de)按键一样(yang)。科(ke)学家(jia)已经创(chuang)造出几十个(ge)分歧的(de)按键，它们可(ke)以记录细胞的(de)分裂历史和许多履历。

到现在为止(zhi)，研究职员只在培养皿中的(de)小鼠细胞群中测试了这类DNA打字机。但他们正(zheng)试图(tu)制造一种“记录小鼠”，在这类动(dong)物的(de)100亿个(ge)细胞中，每个(ge)细胞都携带着它们自受精以来全部履历的(de)记录。

席尔希望科(ke)学家(jia)能够行使这类小鼠发现一些发育的(de)纪律。（编译/卿松竹）