摘要：研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種方法，使他們更加容易和快速識(shí)別與疾病有關(guān)的基因。

識(shí)別與疾病有關(guān)的基因是生物醫(yī)學(xué)研究的主要挑戰(zhàn)之一。波恩大學(xué)和波恩大學(xué)醫(yī)院（UKB）的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種方法，使他們的識(shí)別變得更加容易和快速：他們點(diǎn)亮細(xì)胞核中的基因組序列。與使用現(xiàn)有方法進(jìn)行復(fù)雜篩選相比，NIS-Seq方法可用于研究人類細(xì)胞中幾乎任何生物過(guò)程的遺傳決定因素。

人類大約有2萬(wàn)個(gè)基因。它們決定了我們的身體如何運(yùn)作，我們?nèi)绾伟l(fā)育以及細(xì)胞如何繁殖。“例如，某些基因負(fù)責(zé)重要的免疫反應(yīng)，但也參與危及生命的炎癥過(guò)程，”Jonathan Schmid-Burgk教授說(shuō)，他是UKB臨床化學(xué)和臨床藥理學(xué)研究所的研究小組組長(zhǎng)，也是波恩大學(xué)免疫感覺(jué)2卓越集群的成員。“我們的研究興趣是識(shí)別這些基因，以便更好地治療疾病。

傳統(tǒng)方法：費(fèi)時(shí)費(fèi)力，頻譜有限

CRISPR篩選方法可用于系統(tǒng)地檢查基因在細(xì)胞中的功能。“CRISPR用于關(guān)閉每個(gè)細(xì)胞中的隨機(jī)基因，”Schmid-Burgk解釋說(shuō)。“然后，我們豐富了特定生物過(guò)程被改變的細(xì)胞，并識(shí)別出被關(guān)閉的基因。”這一過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜：對(duì)于所研究的每一個(gè)過(guò)程，都必須建立一種富集相關(guān)細(xì)胞的方法，例如使用細(xì)胞分選機(jī)。另一個(gè)弱點(diǎn)是：CRISPR篩選并不能很好地適用于每一種細(xì)胞類型——尤其是人類免疫細(xì)胞往往不能在多階段的過(guò)程中存活下來(lái)。

新方法：顯微鏡下染色細(xì)胞核的簡(jiǎn)單檢測(cè)

來(lái)自波恩的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種光學(xué)CRISPR篩選方法，可以更容易、更快速地識(shí)別重要基因：核原位測(cè)序，簡(jiǎn)稱NIS-Seq。“CRISPR在這里也被使用，”研究小組的博士生、該研究的第一作者Caroline Fandrey解釋說(shuō)。“然而，我們可以在細(xì)胞還活著的時(shí)候觀察細(xì)胞中的幾乎任何生物過(guò)程，以確定其中的關(guān)鍵基因。”研究人員使用了一種技巧來(lái)做到這一點(diǎn)：除了CRISPR序列之外，他們還向細(xì)胞基因組中引入了一種所謂的噬菌體啟動(dòng)子，這種啟動(dòng)子可以放大CRISPR序列，并使它們以不同的顏色可見(jiàn)。使用傳統(tǒng)的熒光顯微鏡可以在每個(gè)細(xì)胞核中檢測(cè)到彩色的五彩紙屑，從而揭示哪個(gè)基因被關(guān)閉了。

圖2 NIS-Seq能夠在有核細(xì)胞中進(jìn)行光學(xué)條形碼識(shí)別

發(fā)現(xiàn)相關(guān)基因的細(xì)胞不到100個(gè)

“使用NIS-Seq，我們目前需要大約一周的時(shí)間來(lái)確定相關(guān)基因，”Marius Jentzsch說(shuō)，他也是Schmid-Burgk教授的博士生，也是該論文的第一作者。“對(duì)于傳統(tǒng)的CRISPR篩選，根據(jù)細(xì)胞的功能精確分離細(xì)胞通常需要幾個(gè)月的時(shí)間。”新方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它適用于幾乎所有的細(xì)胞，甚至是特別小的或不活躍的細(xì)胞——只要它們有細(xì)胞核。在這項(xiàng)研究中，研究人員成功地分析了來(lái)自兩個(gè)物種的八種細(xì)胞類型。Schmid-Burgk：“我們相信，我們的方法將成為識(shí)別細(xì)胞過(guò)程中關(guān)鍵基因參與者的標(biāo)準(zhǔn)工具。”

參與機(jī)構(gòu)及資助

除了波恩大學(xué)和UKB之外，墨爾本大學(xué)、柏林德國(guó)風(fēng)濕病研究中心（DRFZ）和波蘭公司Appilson也參與了這項(xiàng)研究。該項(xiàng)目由波恩大學(xué)卓越免疫感覺(jué)集群2和跨學(xué)科研究領(lǐng)域（TRA）生命與健康以及DFG合作研究中心1454：炎癥和細(xì)胞編程資助。

參考資料

[1] NIS-Seq enables cell-type-agnostic optical perturbation screening