Revolutionäre 3D-DNA-Mikroskopie kartiert Genaktivität im Zebrafischembryo und transformiert die biologische Forschung

Die genetische Sequenzierung liefert wertvolle Daten über die genetische Zusammensetzung und Aktivität, es fehlen jedoch Informationen über die genaue Position genetischer Sequenzen innerhalb einer Probe. Forscher der University of Chicago haben die volumetrische DNA-Mikroskopie entwickelt, eine Technologie, die diese Einschränkungen überwindet. Diese Methode basiert auf der Markierung von DNA- oder RNA-Molekülen, wodurch die Interaktion zwischen benachbarten Markierungen ermöglicht wird, um ein dreidimensionales Bild des genetischen Materials und seiner Interaktionen zu erstellen. In einer kürzlich in *Nature Biotechnology* veröffentlichten Publikation demonstrierten die Forscher die Technologie, indem sie eine vollständige DNA-Karte eines Zebrafischembryos (*Danio rerio*) erstellten. Dies stellt die erste vollständige dreidimensionale Bildgebung des Genoms eines ganzen Organismus dar, ohne Optik zu verwenden, sondern ausschließlich auf der Analyse molekularer Interaktionen basiert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Mikroskopen erzeugt die volumetrische DNA-Mikroskopie Bilder, indem sie die Wechselwirkungen zwischen Molekülen berechnet. Der Prozess umfasst das Hinzufügen von eindeutigen molekularen Identifikatoren (UMIs), kurzen DNA-Tags, zu DNA- und RNA-Molekülen. Diese Tags heften sich an die Moleküle und werden repliziert, was zu einer chemischen Reaktion führt, die eindeutige Identifikatoren erzeugt, die für jede Paarinteraktion spezifisch sind. Durch die Sequenzierung und Analyse dieser Interaktionen rekonstruiert ein Algorithmus die ursprüngliche räumliche Anordnung aller Moleküle und erstellt so eine dreidimensionale Karte der Genexpression. Einer der Hauptvorteile der Technologie besteht darin, dass sie keine Vorkenntnisse über das Format oder das Genom der Probe erfordert. Dies macht sie wertvoll für die Untersuchung einzigartiger, wenig verstandener oder dynamischer biologischer Umgebungen, wie z. B. Tumorgewebe. Die volumetrische DNA-Mikroskopie kann die Mikroumgebung eines Tumors kartieren und wichtige Wechselwirkungen zwischen Tumor- und Immunzellen aufzeigen, was potenziell zur Entwicklung präziser Immuntherapien und personalisierter Impfstoffe beitragen kann. Joshua Weinstein, PhD, Assistant Professor für Medizin und Molekulare Ingenieurwissenschaften an der UChicago, der über 12 Jahre mit der Entwicklung der DNA-Mikroskopie verbracht hat, merkt an, dass es aufregend ist, diese Art von Ansicht der Natur aus dem Inneren einer Probe heraus sehen zu können. Mit Fortschritten in der Bioinformatik und den Computerressourcen verspricht diese Technologie, die dreidimensionale genetische Kartierung zu einem routinemäßigen Bestandteil der medizinischen und wissenschaftlichen Praxis zu machen, mit potenziellen Anwendungen in der klinischen Diagnostik, insbesondere bei Krebs und seltenen genetischen Syndromen.