轉錄組學新技術揭露細胞何時崩潰

　　買房關鍵看位置，細胞在人體內也有類似的生存法則。3月，來自美國得克薩斯大學的癌癥研究者在一場報告會上介紹了團隊新成果：在腫瘤細胞周圍，那些表面看似無恙的細胞，內部已有變化——它們比正常組織表現的更像腫瘤，且更易擴散。

　　據《科學》報道，這項成果的關鍵是空間轉錄組學技術，該技術能幫助研究者定位細胞內部基因、測量基因活性水平。迄今為止，已有人利用該技術研究阿茨海默癥、跟蹤免疫細胞動態以及人腦發育，甚至有人據此研究新冠肺炎患者的肺部組織。

　　過去數年間，轉錄組學技術迅速發展。起初研究者只能在完整組織中追蹤幾個選定基因，觀察其活性，但到2010年，研究者的追蹤范圍已經擴大到信使RNA，盡管有關數據只能代表數百萬個細胞內基因的平均活性。

　　利用空間轉錄組技術，生物學家已能追蹤單個細胞的所有基因，并意識到不同種類的細胞內部，其基因活性也存在巨大差異。這種差異在同種細胞內也可以觀測到。

　　有研究者利用該技術對比了新冠病毒感染者和健康成年人和急性呼吸道感染病患的肺部組織，發現正常人的肺部組織中，巨噬細胞占比低于4%，而新冠感染者肺部的巨噬細胞含量超過50%。

　　因為細胞中基因活性的不同，肺部本身也發生了變化。在疾病晚期，肺部器官的正常細胞結構被破壞，與血管相鄰的細胞也發生了變化。此外，新冠感染者的心臟也受到影響，盡管表面上看來一些肌肉細胞無明顯變化，但細看內部的基因表達，這些細胞似乎已經忘記了它們該做的事。

　　在阿茨海默癥患者的人腦組織切片中，研究者還發現淀粉樣蛋白斑附近的細胞，其內部基因活性有所增強，這些蛋白質的標記與被破壞的突觸神經細胞相連。

　　這一系列研究初步揭示了空間轉錄組學技術的潛力，不過，現有手段并不適用于所有人體組織，且分析耗時較長、設備造價昂貴，單臺可達30萬美元。目前也沒有相關技術能真正在單細胞水平上對組織中的所有活躍基因進行量化。

　　現在，研究者若想追蹤一批基因的活性，需要先在載玻片上添加目標DNA序列，這些序列的作用類似于條形碼，會與接觸到的DNA相連。之后再將處理過的樣本涂抹在載玻片上，細胞中的信使RNA信息泄漏后，與載玻片上的DNA相連。此時再向玻片上添加酶和DNA堿基，信使RNA可被翻譯成互補的DNA鏈。將這些鏈條和條形碼測序，就能獲得基因活性信息。

　　布羅德研究所曾提供一項更簡便的低成本方法，該方法將目標DNA序列放在極微小的珠子上，可幫助標記來自數千個基因的信使RNA位置，載玻片上的珠子數量可多達100萬個。目前，已有研究者利用該方法研究哺乳動物的心臟發育。