華人先鋒Nature發布CRISPR與單細胞技術突破

　　加州理工學院的研究人員研發出了一種新技術： MEMOIR ，這種技術能讀取單個細胞的歷史與“家族進化樹”，也就是說，能記錄下來動物細胞的生活歷史，比如它們與其它細胞的關系，與其它細胞的交流，還有在它身上發生的影響力事件。

　　這一研究成果公布在11月21日的Nature雜志上，文章的通訊作者是加州理工學院蔡龍（Long Cai）研究員，這位單細胞研究的華人先鋒曾榮獲美國國家衛生研究院（NIH）的“創新獎”，他采用了一種稱作超分辨率條形碼（super-resolution barcoding）的技術將基因組學和蛋白質組學應用到單細胞中從而將其投入充分的利用。

　　對于這項最新成果，他表示“MEMOIR能幫助細胞記錄下它們在基因組中的歷史，從而科學家們能利用先進的顯微技術讀取這些信息”。最終這項技術也許能用于分析腫瘤等病變組織的異常發展。

　　重構細胞家族樹

　　生物學家利用DNA追蹤人類和其他動物物種的血統，同樣分子生物學家也可以使用DNA追蹤細胞譜系。隨著動物的發育，它們的細胞分裂，大量繁殖，生成新的下一代。科學家們一直希望能研發出重構細胞家族譜系，了解細胞何時以及如何生長的技術方法。

　　現在有兩種功能強大的新工具能做到這一點，一個就是基因組編輯，CRISPR能在任何靶標上改變遺傳密碼，這樣細胞基因組中的變化就能傳遞給下一代。分析這些編輯模式，研究人員就能識別出細胞的共同祖先，找到它們的親戚。

　　另外一個工具就是sequential single molecule Fluorescence In Situ Hybridization（順序單分子熒光原位雜交技術，生物通譯），簡稱為 seqFISH ，這是蔡教授研究組開放的，能分析單個細胞中的活性基因。在近期Neuron的一篇文章中，這一研究組證實了這一技術能用于確定單細胞中超過200個基因的表達水平。而且這一方法還能幫助研究人員分析體內原位細胞中的基因活性，之前的技術只能針對分離細胞。

　　在最新這項研究中，蔡教授將兩者結合了起來：利用seqFISH 技術追蹤 CRISPR編輯基因組中的變化。

　　“這項研究的突破性在于，研發出了一種特殊的基因組記憶存儲元素，這就類似于計算機位，通過CRISPR在兩個不同狀態下翻轉。這可以通過seqFISH確定它們是否分享了同一個CRISPR編輯來區分細胞，”文章的另外一位通訊作者Michael Elowitz說。

　　記錄細胞的“談話”

　　這個系統：MEMOIR （Memory by Engineered Mutagenesis with Optical In situ Readout）不僅可以用于了解細胞譜系信息，而且還可以分析細胞過去發生的事件，看看它們如何從其它細胞接受信息，以及何時從一種細胞類型轉變成另外一種細胞類型。

　　比如在腫瘤發展過程中，一些細胞會接收特殊的分子信號，從而啟動不同的命運。一個細胞也許會成為轉移性和遷移性細胞，而另一個細胞則保持靜止狀態。追蹤這些影響細胞命運的信號，將能為了解腫瘤發展提出跨時間和空間的新觀點。

　　研究人員認為，這一技術能幫助科學家們了解細胞過去的信息，記錄單細胞中的多個信號途徑活性，為分析這些途徑如何合作，影響細胞做出決定提供信息，比如一個神經干細胞何時分化成一個神經元。

　　目前研究人員已經可以追溯小鼠胚胎干細胞的歷史超過三代。將來他們希望能追蹤到更早的時間，并最終了解動物發育的生活史。