“DNA打字机”能纪录细胞的汗青,杰伊·申杜雷,研究人(ren)员,亚历克斯·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(luan)在受孕后不久就会破裂，变成两个。然后，每个细胞又破裂，变成四个，云云这般一直(zhi)破裂下去。随着时间推移，这一代代细胞渐渐分化，发生人(ren)体全部分歧的器(qi)官和构造，统共包含36万亿个细胞。

科学家很想了解这些细胞在时间维度上的轨迹。瑞士巴塞尔大学的亚历克斯·席尔说：“这是100多年(nian)来像我这样的发育生物学者求之不得的事变。”但他(ta)们所能做到的不过(guo)是拍(pai)摄分歧阶(jie)段细胞的快照。

因为缺乏完备的汗青纪录，科学家对于(yu)细胞究竟怎样发生我们的器(qi)官，或者在性命的随后阶(jie)段它(ta)们怎样让伤口愈合，另有很多东西必(bi)要进(jin)修(xiu)。苏黎世联邦理工学院的计算生物学家塔尼娅·施塔德勒说：“我们真的只是一知半解。”

正如施塔德勒及其同事25日在《自然综述：遗传学》杂志上形(xing)貌的那样，他(ta)们的实验室(shi)和天下各地的其他(ta)实验室(shi)正试图把细胞变成它(ta)们本身的汗青学家。研究人(ren)员改革的细胞能够在脱(tuo)氧核(he)糖核(he)酸（DNA）中插入独特的小(xiao)块遗传物质。当细胞破裂时，这些基因位就会变成独特的条形(xing)码。

这项技术还能让细胞在履历显著(zhu)事件时建立基因纪录。这些事件包括领(ling)受其他(ta)细胞发出的信号或制造某种特殊蛋白质。

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席尔料想，有朝一日，医生乃至大概将(jiang)“岗哨细胞”注入我们体内，追踪不断(duan)变化的健康状(zhuang)况。他(ta)说：“我目前感觉有点不舒服——我3个月前是否(fou)有过(guo)熏染？7个月前是否(fou)有过(guo)汞中毒？”答(da)案能够在这类岗哨细胞纪录的细胞汗青中找(zhao)到。

华盛顿大先生物学家、DNA测序前驱杰伊·申杜雷说：“我把全部筹码都压(ya)在了这些技术上。对于(yu)怎样随着时间来测量来讲，这是一种全新(xin)的范式。”

申杜雷是最(zui)早设想这类能纪录汗青的细胞的科学家之一。2000年(nian)，还是研究生的他(ta)花了6个月的时间实验构建一种能够按期(qi)转变本身一小(xiao)部分DNA的细胞。他(ta)在失利之后放弃了这个项目。

在接上去的十年(nian)里(li)，研究人(ren)员发明了一种壮大的DNA编(bian)纂新(xin)工具，名为纪律成簇隔断(duan)短回文重(zhong)复(fu)系统（CRISPR）。这项技术能够锁定细胞基因组中的一处位置，然后剪切或插入新(xin)的DNA。

申杜雷及其同事们开始(shi)行使CRISPR来纪录细胞的汗青。他(ta)们改革了斑(ban)马鱼的细胞。这个物种很简单研究，因为它(ta)的胚胎是透明的。研究人(ren)员改革了斑(ban)马鱼，这样他(ta)们就能够在其基因组中的十几处位置剪切或增加DNA。

然后，研究人(ren)员用这些细胞培(pei)育出鱼胚胎。每隔一段时间，一个细胞就会随机转变其中一处位置。当它(ta)破裂时，它(ta)的后代细胞就会继承这些遗传变化。

当鱼成年(nian)后，科学家对它(ta)们的DNA进(jin)行测序。被转变的DNA位点就像条形(xing)码一样，险些相反的条形(xing)码注解相干细胞干系密切。

申杜雷及其同事追溯了这些细胞之间的遗传干系。比方，血细胞中的条形(xing)码显示，一条鱼险些全部的血液都来自五个祖细胞。

申杜雷及其同事在2016年(nian)揭橥这些成果后认识(shi)到，并不是只要他(ta)们有这类深刻见解。他(ta)说：“原来约莫(mo)有10小(xiao)我私家有异(yi)样的想法。”

目前，研究人(ren)员正在配合积(ji)极，创造新(xin)一代的细胞纪录器(qi)。

比方，加州理工学院的迈克尔·埃(ai)洛维茨及其同事开发出一种纪录仪，让科学家不必(bi)要破坏细胞就能够读(du)取其汗青。他(ta)们能够把化学物质浇在细胞上，若是细胞带有特定的条形(xing)码，化学物质就会使细胞发光。

埃(ai)洛维茨和其他(ta)研究人(ren)员也在发明让细胞纪录特定事件的方法。比方，免疫细胞或允许以纪录对病毒的感知，皮肤细胞也能够纪录受阳光刺激发生色素(su)的时间。

最(zui)近，申杜雷及其同事们通(tong)过(guo)创造一种“DNA打字机”扩展了细胞纪录器(qi)的功效。细胞在DNA上增加标记后，能够直(zhi)接在旧标记旁边增加新(xin)标记，就像打字机上的按键一样。科学家已创造出几十个分歧的按键，它(ta)们能够纪录细胞的破裂汗青和许多履历。

到目前为止，研究人(ren)员只在培(pei)养皿中的小(xiao)鼠细胞群中测试了这类DNA打字机。但他(ta)们正试图制造一种“纪录小(xiao)鼠”，在这类动物的100亿个细胞中，每个细胞都携带着它(ta)们自受精以来悉数履历的纪录。

席尔希(xi)望(wang)科学家能够大概行使这类小(xiao)鼠发现一些发育的纪律。（编(bian)译/卿(qing)松竹）