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裏程碑!哈佛大牛有望還原生物所有細胞的發育過程


發布日期:(2018-8-13)   點擊次數:216

裏程碑!哈佛大牛有望還原生物所有細胞的發育過程

  • 來源:學術經緯
  • 2018年08月13日 14:02

  • 每個多細胞生命的誕生之初,都是一個單細胞。這個細胞會一變二,二變四,四變八,最終變成一個天文數字。據估計,新生兒體內約有260億個細胞,這一數字在成年後還會繼續增加。

    從1到260億,生命的發育過程讓人歎為觀止。這些細胞是怎麽形成的?哪些細胞在先?哪些細胞在後?人們順理成章地提出了疑問。但由於生命體實在過於複雜,我們一直沒能找到很好的工具去回答這些問題。

    裏程碑!哈佛大牛有望還原生物所有細胞的發育過程

    裏程碑!哈佛大牛有望還原生物所有細胞的發育過程

    ▲這項研究發表於《科學》,並得到了《自然》的專門報道,重磅程度可見一斑(圖片來源:《科學》與《自然》官網截圖)

    但這一切有望成為曆史。10日,《科學》雜誌在線發表的一篇論文讓我們有望用先進的CRISPR基因編輯技術,去追溯那些瀚若繁星的細胞的發育過程。這項研究的通訊作者是哈佛的大牛George Church教授以及研究員Reza Kalhor博士。

    這項研究用到了一種叫做“遺傳條形碼”的方法。具體來說,科學家們在小鼠的基因組裏找到了一些特殊的DNA序列。隨後,他們設計了一款CRISPR-Cas9基因編輯係統,能特異性地在這些DNA序列中切開口子。而細胞對這些口子進行修複時,就會留下特殊的印記,就好像條形碼一樣。

    在研究中,科學家們設計了兩種不同的小鼠,一種帶有前麵說到的特殊DNA序列,另一種則表達有Cas9蛋白,它負責對DNA的切割。這兩種小鼠雜交後,在歸巢向導RNA(homing guide RNA,hgRNA)的作用下,每一個細胞開始生成自己的獨特條形碼。

    裏程碑!哈佛大牛有望還原生物所有細胞的發育過程

    ▲不同細胞會帶有不同的“條形碼”(圖片來源:《科學》)

    “在每一個分裂產生的細胞裏,都有機會出現hgRNA的突變,” Kalhor博士解釋道:“每次有新細胞生成時,這些細胞都會獲得來自母細胞的突變,並生成屬於自己的獨有新突變。所以我們可以通過比較不同細胞的序列,了解它們之間的關係。”

    研究人員們指出,雖然實驗裏隻分析了小鼠胚胎裏的全部細胞,但這些條形碼足以涵蓋成年小鼠中的100億個細胞。

    “現有的方法隻能獲得特定時間的‘快照’,因為你必須通過物理手段終止發育過程,了解不同階段的細胞長成什麽樣。這就好像是觀看電影裏的單獨幾幀那樣,” Church教授說道:“這款記錄條形碼的方法讓我們能複原每個成熟細胞的完整發育過程,有點像將完整的電影倒放一樣。”

    “這個方法能讓我們倒推出模式生物最終發育階段到最初單細胞階段的整個過程。這是個具有雄心的計劃,需要許多實驗室共同努力許多年才能實現。但這篇論文讓我們朝著目標前進了重要一步。” Church教授補充說。

    不少科學家指出,這是發育生物學領域的一個裏程碑式突破。也許未來的某一天,我們能夠反推出導致癌症的最初細胞,從而帶來治療、甚至治愈癌症的洞見!

    本文題圖來自:Pixabay

    參考資料:

    [1] R. Kalhor et al., (2018) Developmental barcoding of whole mouse via homing CRISPR, Science, DOI: 10.1126/science.aat9804

    [2] CRISPR ‘barcodes’ map mammalian development in exquisite detail, Retrieved August 10, 2018, from https://www.nature.com/articles/d41586-018-05934-z

    [3] Recording every cell's history in real-time with evolving genetic barcodes, Retrieved August 10, 2018, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-08/wifb-rec080818.php