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                    看一場“電影”了解細胞的前世今生

                    2022-08-29 中國青年報 邱晨輝
                    【字體:

                    語音播報

                    活細胞測序記錄細胞的變化示意圖。圖片來源:中科院深圳先進院

                      在嬰兒呱呱墜地之前,受精卵是如何發育成個體的?細胞是生命的基本單位,了解它的過去、現在和未來,不僅有助于人們了解正常發育的過程,也對理解疾病的產生和發展至關重要。然而,想要“看清”細胞的“前世今生”,仍然存在不小的技術困難。

                      前不久,中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所研究員陳萬澤以共同第一作者身份在國際學術期刊《自然》(Nature)發表長文,介紹了研究團隊在國際首創的活細胞轉錄組測序技術Live-seq,該技術首次讓單細胞進行轉錄測序后,依然能保持細胞存活,首次實現了活細胞全基因表達的連續觀測。

                      “該研究為單細胞轉錄組測序提供了全新的研究策略,為我們理解生命過程的動態變化提供了強有力的手段,是這一領域的又一重大突破?!北本┐髮W生命科學學院教授湯富酬說。

                      陳萬澤介紹,當前,單細胞轉錄組測序技術是了解細胞狀態的重要手段,就像看一張“高清照片”,通過單細胞測序能夠看清細胞現在所有基因的表達狀態。不過,這些技術在理解細胞狀態“電影”般的動態變化上卻有很大的挑戰。

                      “利用單細胞轉錄組測序技術來觀測細胞狀態的前提,是需要將細胞裂解,提取其中的RNA來測定每個基因表達量的高低,但這樣就不可避免地殺死了細胞?!标惾f澤說。

                      通過近7年的努力,陳萬澤與合作者開發了活細胞轉錄組測序技術,其核心是通過對活細胞中的部分細胞質進行微創提取,并對極其微量的細胞質RNA進行擴增,實現在進行單細胞轉錄組測序后,依舊保持細胞的存活和功能,從而可以跟蹤細胞的動態變化。

                      “我們首先想到的是外泌體,它是細胞向外面吐出來的小泡,里面有蛋白、RNA等物質。如果我們把單個細胞的外泌體都收集起來,再對其中的RNA進行測量,或許就可以在一定程度上反映細胞狀態而又不殺死細胞?!标惾f澤說。

                      單個細胞中僅有10皮克的RNA,這相當于一克的一千億分之一的重量,而細胞分泌的外泌體中的RNA更是少之又少。陳萬澤團隊嘗試利用在生命科學領域非常小眾的原子力顯微鏡,通過對探針進行表面活化、修飾、洗脫等改造后,讓其能夠把細胞中的RNA“釣”出來。

                      “這種探針很細,對細胞的損傷很小,就像‘魚鉤’一樣,改造后可以把細胞中的RNA‘釣’出來,又能保證細胞繼續存活。我們改造了數十個探針后,結果只在兩個細胞上成功‘釣’到了基因?!标惾f澤回憶道,當時購買一個原子力顯微鏡探針成本太高,成功率太低,讓這項研究再次面臨阻礙。

                      在一次學術交流中,陳萬澤與導師了解到,瑞士蘇黎世聯邦理工學院的Julia Vorholt實驗室開發了一種特殊的原子力顯微鏡,能夠吸出一部分的細胞質。一番交流后,兩個課題組展開了聯合攻關。

                      如果將利用單細胞轉錄組測序技術觀測細胞,比喻為看一張細胞在分子水平的高清圖片,那么利用活細胞轉錄組測序技術觀測細胞,就好比看一部高清電影,能夠看見細胞的“前世今生”。

                      陳萬澤告訴記者,盡管該技術仍然存在諸多挑戰,需要進一步完善,但首次實現了活細胞連續觀測,也為單細胞測序技術發展帶來了更多可能性。未來,團隊將進一步進行深入研究,提高活細胞轉錄組測序技術的可用性。

                    打印 責任編輯:侯茜
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