ДНК-микроскопия: новый способ визуализации клеток

Биофизик Джошуа Вайнштейн и его коллеги представили принципиально новый метод визуализации — «ДНК-микроскопию». В отличие от традиционных методов, основанных на свете, рентгеновских лучах или электронах, этот подход использует ДНК-«штрихкоды» для определения относительного положения молекул в образце и одновременного сбора геномных данных. Работа опубликована 20 июня 2019 года в журнале Cell.

Новая категория микроскопии

До сих пор существовало две основные категории микроскопии:

  1. Оптическая (световая, флуоресцентная, электронная) — основана на детекции фотонов или электронов, испускаемых образцом.
  2. На основе диссекции — образец разрезается, а затем сшивается программой в целое изображение, что позволяет получать генетическую информацию.

ДНК-микроскопия объединяет оба подхода в одном процессе, позволяя зафиксировать положение клетки и определить специфические генетические последовательности, которые ей управляют. Это особенно важно для изучения генетически разнородных популяций клеток, например, в иммунной системе.

Как это работает

Метод не требует дорогого оборудования. Процесс включает несколько шагов:

  1. Фиксация клеток в реакционной камере.
  2. Добавление набора ДНК-штрихкодов, которые присоединяются к молекулам РНК, давая каждой уникальную метку.
  3. Химическая реакция для амплификации (создания множества копий) каждой помеченной молекулы. Копии распространяются от исходного местоположения молекулы.
  4. Сталкиваясь, помеченные молекулы соединяются в пары. Чем ближе молекулы расположены изначально, тем больше пар они образуют.
  5. Секвенатор ДНК определяет последовательности всех молекул в образце (процесс занимает до 30 часов).
  6. Специальный алгоритм декодирует данные (в работе это около 50 миллионов пар оснований на образец) и преобразует их в изображения.

Преимущества и перспективы

Метод дополняет световую микроскопию: световая микроскопия лучше видит разреженные молекулы, а ДНК-микроскопия эффективна при высокой плотности молекул, даже если они расположены стопкой.

По мнению авторов, технология может ускорить разработку методов иммунотерапии рака, помогая идентифицировать иммунные клетки, наиболее подходящие для атаки на конкретную раковую клетку. Как отмечает Фэн Чжан, метод напрямую захватывает информацию от изучаемых молекул, открывая новый способ связать генотип с фенотипом.