Объемная ДНК-микроскопия: 3D-карта генетической активности изнутри организма
Обычное генетическое секвенирование не показывает, где именно в образце ткани или крови расположены конкретные генетические последовательности и как они связаны друг с другом.
Исследователи из Чикагского университета разработали технологию, которая преодолевает это ограничение. Метод, названный объемной ДНК-микроскопией (volumetric DNA microscopy), создает трехмерное изображение всего организма «изнутри», показывая расположение генетических последовательностей вплоть до отдельных клеток.
В отличие от традиционных микроскопов, использующих свет и линзы, ДНК-микроскопия строит изображения, вычисляя взаимодействия между молекулами.
Как это работает:
- К клеткам добавляются короткие ДНК-метки — уникальные молекулярные идентификаторы (UMIs). Они присоединяются к молекулам ДНК и РНК и начинают создавать свои копии.
- Запускается химическая реакция, в результате которой образуются новые последовательности — уникальные идентификаторы событий (UEIs), характерные для каждой пары взаимодействующих меток.
- Пары UMI, находящиеся близко друг к другу, взаимодействуют чаще и генерируют больше UEIs, чем удаленные пары. Эта информация о физических связях между метками позволяет вычислить исходное расположение молекул.
- После секвенирования ДНК и РНК вычислительная модель реконструирует их первоначальное местоположение, создавая пространственную карту экспрессии генов.
Джошуа Вайнштейн, ведущий автор разработки, сравнивает метод с определением местоположения людей в городе по данным об их мобильных телефонах: зная не только «номер телефона» (генетическую последовательность) каждой молекулы, но и то, с какими «телефонами» поблизости она взаимодействовала, можно установить и её местоположение.
Потенциальные применения:
- Исследование опухолей: метод может картировать микроокружение опухоли и её взаимодействие с иммунной системой, несмотря на бесчисленные новые генетические мутации.
- Иммунология: поможет расшифровать генетические механизмы контекстно-зависимого взаимодействия иммунных клеток друг с другом и с патогенами.
- Персонализированная медицина: полученные данные могут способствовать разработке более точной иммунотерапии рака или созданию индивидуальных вакцин.
«Это критическая основа для получения по-настоящему полной информации об уникальном наборе клеток в лимфатической системе или опухолевой ткани», — отмечает Вайнштейн.