Kính hiển vi DNA 3D mang tính cách mạng lập bản đồ hoạt động gen trong phôi cá ngựa vằn, chuyển đổi nghiên cứu sinh học

Giải trình tự gen cung cấp dữ liệu có giá trị về thành phần và hoạt động di truyền, nhưng lại thiếu thông tin về vị trí chính xác của các trình tự di truyền trong một mẫu. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Chicago đã phát triển kính hiển vi DNA thể tích, một công nghệ khắc phục những hạn chế này. Phương pháp này dựa trên việc gắn thẻ các phân tử DNA hoặc RNA, cho phép tương tác giữa các thẻ liền kề để tạo ra hình ảnh ba chiều của vật liệu di truyền và các tương tác của nó. Trong một ấn phẩm gần đây trên *Nature Biotechnology*, các nhà nghiên cứu đã chứng minh công nghệ này bằng cách tạo ra một bản đồ DNA hoàn chỉnh của phôi cá ngựa vằn (*Danio rerio*). Đây là hình ảnh ba chiều hoàn chỉnh đầu tiên về bộ gen của toàn bộ sinh vật mà không cần sử dụng quang học, chỉ dựa vào phân tích tương tác phân tử. Không giống như kính hiển vi truyền thống, kính hiển vi DNA thể tích tạo ra hình ảnh bằng cách tính toán các tương tác giữa các phân tử. Quá trình này bao gồm việc thêm các định danh phân tử duy nhất (UMI), các thẻ DNA ngắn, vào các phân tử DNA và RNA. Các thẻ này gắn vào các phân tử và được sao chép, dẫn đến một phản ứng hóa học tạo ra các định danh duy nhất dành riêng cho từng tương tác cặp. Thông qua giải trình tự và phân tích các tương tác này, một thuật toán tái tạo sự sắp xếp không gian ban đầu của tất cả các phân tử, tạo ra bản đồ ba chiều về biểu hiện gen. Một trong những ưu điểm chính của công nghệ này là nó không yêu cầu kiến thức trước về định dạng hoặc bộ gen của mẫu. Điều này làm cho nó có giá trị để nghiên cứu các môi trường sinh học độc đáo, ít được hiểu rõ hoặc động, chẳng hạn như các mô khối u. Kính hiển vi DNA thể tích có thể lập bản đồ vi môi trường của một khối u, hiển thị các tương tác chính giữa khối u và các tế bào miễn dịch, có khả năng hỗ trợ trong việc phát triển các liệu pháp miễn dịch chính xác và vắc xin cá nhân hóa. Joshua Weinstein, Tiến sĩ, Trợ lý Giáo sư Y học và Kỹ thuật Phân tử tại UChicago, người đã dành hơn 12 năm để phát triển kính hiển vi DNA, lưu ý rằng việc có thể nhìn thấy loại hình ảnh về tự nhiên này từ bên trong một mẫu vật là điều thú vị. Với những tiến bộ trong tin sinh học và tài nguyên máy tính, công nghệ này hứa hẹn sẽ biến việc lập bản đồ di truyền ba chiều trở thành một phần thường xuyên của thực hành y tế và khoa học, với các ứng dụng tiềm năng trong chẩn đoán lâm sàng, đặc biệt đối với bệnh ung thư và các hội chứng di truyền hiếm gặp.