To, co wygląda jak kalejdoskop świecących kropel lodów lub skrzyżowanie mgławicy z imprezą taneczną z lat 80., jest w rzeczywistości czymś jeszcze bardziej zadziwiającym: nieskrępowanym i szczegółowym widokiem dokładnych lokalizacji DNA i RNA w żywej komórce.
Według nowych badań metoda, która otworzyła drzwi przed tym niespotykanym wyglądem wewnątrz żywych komórek - znana jako mikroskopia DNA - została udoskonalona przez okres sześciu lat.
„Mikroskopia DNA jest całkowicie nowym sposobem wizualizacji komórek, który jednocześnie przechwytuje zarówno informacje przestrzenne, jak i genetyczne z jednego okazu” - powiedział w oświadczeniu główny badacz Joshua Weinstein, doktor habilitowany w Broad Institute of MIT.
Ta technika pozwala nawet badaczom zobaczyć dokładną kolejność nukleotydów, „liter”, które tworzą podwójną helisę DNA i pojedynczą nić RNA, w każdej komórce.
„Pozwoli nam to zobaczyć, w jaki sposób unikalne genetycznie komórki - na przykład te zawierające układ odpornościowy, raka lub jelita - oddziałują na siebie nawzajem i prowadzą do złożonego życia wielokomórkowego” - powiedział Weinstein.
W ciągu ostatnich kilku dekad badacze opracowali niezliczone narzędzia, które pomagają im gromadzić dane molekularne z próbek tkanek. Jednak próby powiązania tej technologii z danymi przestrzennymi - aby badacze wiedzieli, gdzie i jak rozmieszczony jest materiał genetyczny w komórce - często wymagają drogich i specjalistycznych maszyn.
Naukowcy twierdzą, że nowe podejście znacznie ułatwia ten proces. W istocie metoda wykorzystuje małe znaczniki - wykonane z niestandardowych sekwencji DNA o długości około 30 nukleotydów - które zaczepiają się o każdą cząsteczkę DNA i RNA w komórce. Następnie tagi są replikowane, dopóki w komórce nie będą setki ich kopii. Naukowcy powiedzieli, że gdy kopie te oddziałują na siebie, łączą się i tworzą unikalne etykiety DNA.
Interakcje między tymi znacznikami DNA są kluczowe. Po zebraniu oznaczonych biomolekuł i ich sekwencjonowaniu naukowcy mogą użyć algorytmu komputerowego do zdekodowania i zrekonstruowania pierwotnych pozycji znaczników w komórce, tworząc wirtualny obraz próbki z kodowanym kolorem. Określenie lokalizacji każdej cząsteczki jest podobne do tego, w jaki sposób wieże telefonii komórkowej triangulują lokalizacje pobliskich telefonów komórkowych.
Technika ta może pomóc badaczom lepiej zrozumieć różne rodzaje chorób u ludzi. Na przykład w badaniu naukowcy wykazali, że mikroskopia DNA może zmapować lokalizacje poszczególnych ludzkich komórek rakowych w próbce. Naukowcy twierdzą, że te syntetyczne znaczniki DNA mogą nawet pomóc naukowcom w mapowaniu lokalizacji przeciwciał, receptorów i cząsteczek w komórkach nowotworowych.
„Wykorzystaliśmy DNA w sposób matematycznie podobny do fotonów w mikroskopii świetlnej” - powiedział Weinstein. „To pozwala nam wizualizować biologię tak, jak ją widzą komórki, a nie tak, jak ludzkie oko”.
