Αυτό που μοιάζει με ένα καλειδοσκόπιο των λαμπερών παγωτών ή ένα σταυρό ανάμεσα σε ένα νεφέλωμα και ένα χορευτικό πάρτι της δεκαετίας του 1980 είναι στην πραγματικότητα κάτι ακόμα πιο εκπληκτικό: μια απεριόριστη και λεπτομερή εικόνα των ακριβών θέσεων του DNA και του RNA μέσα σε ένα ζωντανό κύτταρο.
Η μέθοδος που άνοιξε τις πόρτες για αυτή την άνευ προηγουμένου εμφάνιση μέσα σε ζωντανά κύτταρα - γνωστή ως μικροσκοπία DNA - τελειοποιήθηκε για μια περίοδο έξι ετών, σύμφωνα με νέα μελέτη.
"Η μικροσκόπηση DNA είναι ένας εντελώς νέος τρόπος απεικόνισης των κυττάρων που συλλαμβάνει τόσο χωρικές όσο και γενετικές πληροφορίες ταυτόχρονα από ένα μόνο δείγμα", ανέφερε σε δήλωσή του ο ερευνητής Joshua Weinstein, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Broad Institute του MIT.
Η τεχνική επιτρέπει ακόμη στους ερευνητές να βλέπουν την ακριβή σειρά των νουκλεοτιδίων, τα "γράμματα" που αποτελούν τη διπλή έλικα του DNA και τον απλό κλώνο του RNA, μέσα σε κάθε κύτταρο.
"Θα μας επιτρέψει να δούμε πώς τα γενετικά μοναδικά κύτταρα - εκείνα που περιλαμβάνουν το ανοσοποιητικό σύστημα, τον καρκίνο ή το έντερο, για παράδειγμα - αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και δημιουργούν πολύπλοκη πολυκυτταρική ζωή", ανέφερε ο Weinstein.
Τις τελευταίες δεκαετίες, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μυριάδες εργαλεία που τους βοηθούν να συλλέγουν μοριακά δεδομένα από δείγματα ιστών. Ωστόσο, οι προσπάθειες για τη σύζευξη της τεχνολογίας με χωρικά δεδομένα - έτσι ώστε οι ερευνητές να γνωρίζουν πού και πώς είναι τοποθετημένο το γενετικό υλικό μέσα σε ένα κελί - συχνά περιλαμβάνει ακριβό και εξειδικευμένο μηχανισμό.
Η νέα προσέγγιση καθιστά τη διαδικασία ευκολότερη, ανέφεραν οι ερευνητές. Στην ουσία, η μέθοδος χρησιμοποιεί μικροσκοπικές ετικέτες - κατασκευασμένες από εξατομικευμένες αλληλουχίες ϋΝΑ που έχουν μήκος περίπου 30 νουκλεοτιδίων - που μανδαλώνονται σε κάθε μόριο DNA και RNA σε ένα κύτταρο. Στη συνέχεια, οι ετικέτες αναπαράγονται έως ότου υπάρχουν εκατοντάδες αντίγραφα αυτών μέσα στο κελί. Καθώς αυτά τα αντίγραφα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, συνδυάζουν και κάνουν μοναδικές ετικέτες DNA, ανέφεραν οι ερευνητές.
Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ αυτών των ετικετών DNA είναι καθοριστικής σημασίας. Μόλις οι ερευνητές συλλέξουν τα επισημασμένα βιομόρια και τα ακολουθήσουν, μπορούν να χρησιμοποιήσουν έναν αλγόριθμο υπολογιστή για να αποκωδικοποιήσουν και να ανακατασκευάσουν τις αρχικές θέσεις των ετικετών στο κελί, δημιουργώντας μια έγχρωμη κωδικοποιημένη εικονική εικόνα του δείγματος. Ο εντοπισμός της θέσης κάθε μορίου είναι παρόμοιος με τον τρόπο που οι πύργοι κινητών τηλεφώνων τριγωνίζουν τις τοποθεσίες των κοντινών κινητών τηλεφώνων, ανέφεραν οι ερευνητές.
Η τεχνική μπορεί να βοηθήσει τους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα διαφορετικά είδη ανθρώπινων ασθενειών. Για παράδειγμα, στη μελέτη οι ερευνητές έδειξαν ότι η μικροσκοπία DNA θα μπορούσε να χαρτογραφήσει τις θέσεις των επιμέρους ανθρώπινων καρκινικών κυττάρων σε ένα δείγμα. Αυτές οι συνθετικές ετικέτες DNA μπορούν ακόμη και να βοηθήσουν τους επιστήμονες να χαρτογραφήσουν τις θέσεις των αντισωμάτων, των υποδοχέων και των μορίων στα καρκινικά κύτταρα, ανέφεραν.
"Χρησιμοποιήσαμε DNA με τρόπο που είναι μαθηματικά παρόμοιος με τα φωτόνια σε μικροσκοπία φωτός", ανέφερε ο Weinstein. "Αυτό μας επιτρέπει να οπτικοποιήσουμε τη βιολογία όπως τα βλέπουν τα κύτταρα και όχι όπως το κάνει το ανθρώπινο μάτι".
