根据10月8日发表于《科学》杂志的一项研究,科学家使用一种能够把细胞历史记录在脱氧核糖核酸之中的工具,追溯了一个正在发育的小鼠胚胎内130万个细胞的祖先关系。这项工作的研究团队由美国西雅图华盛顿大学和达特茅斯学院的研究人员牵头。团队所追踪的是一段持续13.5天的发育过程,利用记录下来的信息重建这些细胞在发育过程中彼此相连的谱系。
华盛顿大学医学部门介绍,这套名为DNA打字机的系统,会在细胞的遗传物质里按照先后次序写入一系列标记,而这些标记能够随着细胞分裂传给它们的后代。研究人员读取遗留下来的标记,就可以识别哪些细胞源自共同的祖先。霍华德·休斯医学研究所解释,这种方法为研究母体内部的胚胎发育提供了一条途径。在这种环境中,科学家无法持续直接观察每一个细胞的分裂,记录工具则使他们能够通过遗传信息追查这一过程。
据华盛顿大学医学部门介绍,研究团队曾尝试在100个受精卵中进行这种记录,最终获得10个可供检查的胚胎。随后,研究人员把深入分析的重点放在留下最丰富历史记录的那个胚胎上。《自然》的报道指出,这130万个经过基因编辑、纳入分析的细胞,约占该胚胎细胞总数的百分之十。这意味着研究呈现的是这些被分析细胞之间的关系,并不是涵盖该胚胎每一个细胞的完整普查。
华盛顿大学医学部门表示,记录能够区分受精后最初两个细胞分别产生的后代细胞。其中一个初始细胞所产生的后代数量比另一个更多,但两者都生成了多种不同类型的细胞,而且这些类型在各自后代中所占的比例几乎相等。研究也显示,血液细胞和视网膜细胞在较早阶段就确定了自己的身份;相比之下,皮肤最外层的细胞则较晚才确定身份,也就是说,不同类型的细胞并非都在同一时刻确定自己的身份,而是分别遵循较早或较晚的发育时间安排。
霍华德·休斯医学研究所还介绍了另一项独立开展的工作,由怀特黑德研究所的乔纳森·魏斯曼领导,使用的工具名为PEtracer。这种工具与DNA打字机采取的两条技术路线,都运用了先导编辑来记录细胞历史。该研究所表示,借助这些方法,科学家能够把一个细胞最终成为何种细胞,与它从哪些祖先细胞发展而来联系起来,从而帮助研究人员考察组织逐步发育形成的过程。
据华盛顿大学医学部门介绍,研究人员认为这些方法未来可能用于研究先天性畸形和癌症。霍华德·休斯医学研究所表示,所获取的数据也可能支持人工智能模型,用于研究和模拟胚胎的发育。这些可能的用途目前属于研究方向,并不等于已经证实有效的治疗方法。解读结果时仍需明确其范围:这些发现针对的是小鼠,而DNA打字机所进行的详细分析,集中在一个胚胎之上。
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