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如果要评选一个人类历史上最伟大的发明，那么显微镜一定能名列前茅。 在显微镜发明之前，人类对于世界的观察只局限于肉眼。当列文虎克使用他自制的显微镜观察到细胞和微生物后，一个全新的微生物世界在人类眼前打开。此后，恩斯特·鲁斯卡于1931年发明电子显微镜，使得人们能够直接在原子水平观察，显微镜将人类视野带到了一个之前从未触及的微观世界，人类开始对自己和自己所处的这个世界有了更深入的认知。 显微镜可分为两大类：光学显微镜和电子显微镜，人们早在几百年前使用光学显微镜观察到了细胞，近年来用冷冻电镜观察到了蛋白的三维立体结构，然而，这两类显微镜都无法再基因组水平观察细胞。 2019年6月20日，作为CRISPR基因编辑的奠基人之一的张锋教授，在Cell杂志发表了一篇重磅论文，张锋及其合作者开发了一种全新的显微镜：DNA显微镜。 DNA显微镜，不依赖光或任何类型的光学器件，通过独特的成像模式，可将物理图像编码为DNA，并以精确的序列信息推断细胞分辨率的原始转录物的物理图像，从而实现在基因组水平上对细胞的观察。 通过DNA显微镜，科学家们可以构建细胞图像并同时积累大量的基因组信息。为人们提供了另一层之前无法看到的生物学世界。 论文题目：DNA Microscopy: Optics-free Spatio-genetic Imaging by a Stand-Alone Chemical Reaction. 使用DNA显微镜识别样品中的不同细胞（图中不同的彩色的点） 使用DNA显微镜（下图左），可以准确地重建用荧光显微镜捕获的细胞图像（下图右），比例尺=100微米。 显微原理 使用DNA显微镜获取一个完整的细胞图片，可以说非常简单，只需要一个样本和和一个移液器。 首先，将实验室中培养的细胞固定在反应室中。 然后，添加各种各样的DNA条形码。 它们连接上RNA分子，给每个分子一个独特的标签。接下来，该团队使用化学反应来制作每个标记分子的越来越多的副本，一个从每个分子的原始位置扩展出来的不断增长的分子堆。 最终，标记的分子与其他标记的分子碰撞，迫使它们成对连接在一起。 彼此靠近的分子更容易碰撞，产生更多的DNA对。分开的分子将产生更少的DNA对。 大约花费30个小时的时间后，DNA测序仪拼出样品中每个分子的碱基。然后通过该团队创建的算法解码数据，将每个原始样本中约5000万个基因序列的DNA碱基转换为图像。 这样，就可以完全重建在光学显微镜下看见的东西。 应用前景 张锋认为，每个细胞都是由独特的DNA序列或基因型组成，使用DNA显微镜可以直接从被研究得分子中捕获信息，DNA显微镜开辟了一种将基因型和表型联系起来得全新方法。 Aviv Regev认为，DNA显微镜的有着无限的可能性，希望它能够激发人们的想象力，去开发更大更多我们从未想过的创意。 论文的第一作者Weinstein认为，有一天DNA显微镜可以让科学家加速免疫疗法治疗的发展，帮助患者免疫系统对抗癌症，该方法可能潜在地识别出最适合靶向特定癌细胞的免疫细胞。这种新型显微镜类别，不仅仅是一种新技术，更是一种我们以前从未考虑过的显微方式。 该论文早在2018年11月9日，就已在预印本网站 BioRxiv 上线，这次是正式发表于 Cell 杂志。 上线时间：2018年11月19日 该研究的通讯作者：张锋、Aviv Regev |
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