每個(gè)多細胞生命的誕生之初，都是一個(gè)單細胞。這個(gè)細胞會(huì )一變二，二變四，四變八，最終變成一個(gè)天文數字。據估計，新生兒體內約有260億個(gè)細胞，這一數字在成年后還會(huì )繼續增加。
從1到260億，生命的發(fā)育過(guò)程讓人嘆為觀(guān)止。這些細胞是怎么形成的？哪些細胞在先？哪些細胞在后？人們順理成章地提出了疑問(wèn)。但由于生命體實(shí)在過(guò)于復雜，我們一直沒(méi)能找到很好的工具去回答這些問(wèn)題。
但這一切有望成為歷史。昨天，《科學(xué)》雜志在線(xiàn)發(fā)表的一篇論文讓我們有望用先進(jìn)的CRISPR基因編輯技術(shù)，去追溯那些瀚若繁星的細胞的發(fā)育過(guò)程。這項研究的通訊作者是哈佛的大牛George Church教授以及研究員Reza Kalhor博士。
這項研究用到了一種叫做“遺傳條形碼”的方法。具體來(lái)說(shuō)，科學(xué)家們在小鼠的基因組里找到了一些特殊的DNA序列。隨后，他們設計了一款CRISPR-Cas9基因編輯系統，能特異性地在這些DNA序列中切開(kāi)口子。而細胞對這些口子進(jìn)行修復時(shí)，就會(huì )留下特殊的印記，就好像條形碼一樣。
在研究中，科學(xué)家們設計了兩種不同的小鼠，一種帶有前面說(shuō)到的特殊DNA序列，另一種則表達有Cas9蛋白，它負責對DNA的切割。這兩種小鼠雜交后，在歸巢向導RNA（homing guide RNA，hgRNA）的作用下，每一個(gè)細胞開(kāi)始生成自己的獨特條形碼。
“在每一個(gè)分裂產(chǎn)生的細胞里，都有機會(huì )出現hgRNA的突變，” Kalhor博士解釋道：“每次有新細胞生成時(shí)，這些細胞都會(huì )獲得來(lái)自母細胞的突變，并生成屬于自己的獨有新突變。所以我們可以通過(guò)比較不同細胞的序列，了解它們之間的關(guān)系。”
研究人員們指出，雖然實(shí)驗里只分析了小鼠胚胎里的全部細胞，但這些條形碼足以涵蓋成年小鼠中的100億個(gè)細胞。
“現有的方法只能獲得特定時(shí)間的‘快照’，因為你必須通過(guò)物理手段終止發(fā)育過(guò)程，了解不同階段的細胞長(cháng)成什么樣。這就好像是觀(guān)看電影里的單獨幾幀那樣，” Church教授說(shuō)道：“這款記錄條形碼的方法讓我們能復原每個(gè)成熟細胞的完整發(fā)育過(guò)程，有點(diǎn)像將完整的電影倒放一樣。”
“這個(gè)方法能讓我們倒推出模式生物最終發(fā)育階段到最初單細胞階段的整個(gè)過(guò)程。這是個(gè)具有雄心的計劃，需要許多實(shí)驗室共同努力許多年才能實(shí)現。但這篇論文讓我們朝著(zhù)目標前進(jìn)了重要一步。” Church教授補充說(shuō)。
不少科學(xué)家指出，這是發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)里程碑式突破。也許未來(lái)的某一天，我們能夠反推出導致癌癥的最初細胞，從而帶來(lái)治療、甚至治愈癌癥的洞見(jiàn)！
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