Rewolucyjna mikroskopia 3D DNA mapuje aktywność genów w zarodku danio pręgowanego, przekształcając badania biologiczne

Sekwencjonowanie genetyczne dostarcza cennych danych na temat składu i aktywności genetycznej, ale brakuje informacji o dokładnej lokalizacji sekwencji genetycznych w próbce. Naukowcy z Uniwersytetu w Chicago opracowali wolumetryczną mikroskopię DNA, technologię, która pokonuje te ograniczenia. Metoda ta opiera się na znakowaniu cząsteczek DNA lub RNA, umożliwiając interakcję między sąsiednimi znacznikami w celu stworzenia trójwymiarowego obrazu materiału genetycznego i jego interakcji. W niedawnej publikacji w *Nature Biotechnology*, naukowcy zademonstrowali technologię, tworząc kompletną mapę DNA zarodka danio pręgowanego (*Danio rerio*). Jest to pierwsze kompletne trójwymiarowe obrazowanie genomu całego organizmu bez użycia optyki, oparte wyłącznie na analizie interakcji molekularnych. W przeciwieństwie do tradycyjnych mikroskopów, wolumetryczna mikroskopia DNA tworzy obrazy poprzez obliczanie interakcji między cząsteczkami. Proces ten obejmuje dodawanie unikalnych identyfikatorów molekularnych (UMI), krótkich znaczników DNA, do cząsteczek DNA i RNA. Znaczniki te przyłączają się do cząsteczek i są replikowane, co prowadzi do reakcji chemicznej, która generuje unikalne identyfikatory specyficzne dla każdej interakcji par. Poprzez sekwencjonowanie i analizę tych interakcji, algorytm rekonstruuje oryginalny przestrzenny układ wszystkich cząsteczek, tworząc trójwymiarową mapę ekspresji genów. Jedną z głównych zalet tej technologii jest to, że nie wymaga ona wcześniejszej wiedzy na temat formatu próbki lub genomu. To czyni ją cenną do badania unikalnych, słabo poznanych lub dynamicznych środowisk biologicznych, takich jak tkanki nowotworowe. Wolumetryczna mikroskopia DNA może mapować mikrośrodowisko guza, pokazując kluczowe interakcje między guzem a komórkami odpornościowymi, potencjalnie pomagając w rozwoju precyzyjnych immunoterapii i spersonalizowanych szczepionek. Joshua Weinstein, PhD, adiunkt medycyny i inżynierii molekularnej na UChicago, który poświęcił ponad 12 lat na rozwój mikroskopii DNA, zauważa, że możliwość zobaczenia tego rodzaju widoku natury od wewnątrz próbki jest ekscytująca. Wraz z postępem w bioinformatyce i zasobach obliczeniowych, technologia ta obiecuje uczynić trójwymiarowe mapowanie genetyczne rutynową częścią praktyki medycznej i naukowej, z potencjalnymi zastosowaniami w diagnostyce klinicznej, zwłaszcza w przypadku raka i rzadkich zespołów genetycznych.