Revolutionaire 3D DNA-microscopie brengt genactiviteit in zebravissenembryo in kaart en transformeert biologisch onderzoek

Genetische sequencing levert waardevolle gegevens op over genetische samenstelling en activiteit, maar mist informatie over de precieze locatie van genetische sequenties binnen een monster. Onderzoekers aan de Universiteit van Chicago hebben volumetrische DNA-microscopie ontwikkeld, een technologie die deze beperkingen overwint. Deze methode is gebaseerd op het labelen van DNA- of RNA-moleculen, waardoor interactie tussen aangrenzende labels mogelijk is om een driedimensionaal beeld te creëren van het genetisch materiaal en de interacties ervan. In een recente publicatie in *Nature Biotechnology* demonstreerden onderzoekers de technologie door een complete DNA-kaart van een zebravissenembryo (*Danio rerio*) te maken. Dit markeert de eerste complete driedimensionale beeldvorming van het genoom van een heel organisme zonder gebruik te maken van optica, uitsluitend gebaseerd op moleculaire interactieanalyse. In tegenstelling tot traditionele microscopen, creëert volumetrische DNA-microscopie beelden door de interacties tussen moleculen te berekenen. Het proces omvat het toevoegen van unieke moleculaire identificatoren (UMI's), korte DNA-tags, aan DNA- en RNA-moleculen. Deze tags hechten zich aan de moleculen en worden gerepliceerd, wat leidt tot een chemische reactie die unieke identificatoren genereert die specifiek zijn voor elke paarinteractie. Door sequencing en analyse van deze interacties reconstrueert een algoritme de oorspronkelijke ruimtelijke rangschikking van alle moleculen, waardoor een driedimensionale kaart van genexpressie ontstaat. Een van de belangrijkste voordelen van de technologie is dat het geen voorkennis vereist van het formaat of genoom van het monster. Dit maakt het waardevol voor het bestuderen van unieke, slecht begrepen of dynamische biologische omgevingen, zoals tumorweefsels. Volumetrische DNA-microscopie kan de micro-omgeving van een tumor in kaart brengen, waarbij belangrijke interacties tussen tumor- en immuuncellen worden getoond, wat mogelijk kan helpen bij de ontwikkeling van precieze immunotherapieën en gepersonaliseerde vaccins. Joshua Weinstein, PhD, universitair docent geneeskunde en moleculaire engineering aan UChicago, die meer dan 12 jaar heeft besteed aan de ontwikkeling van DNA-microscopie, merkt op dat het opwindend is om dit soort zicht op de natuur van binnenuit een specimen te kunnen zien. Met de vooruitgang in bio-informatica en computerbronnen belooft deze technologie driedimensionale genetische mapping tot een routineonderdeel van de medische en wetenschappelijke praktijk te maken, met potentiële toepassingen in klinische diagnostiek, met name voor kanker en zeldzame genetische syndromen.