要觀察細胞，過去你可能需要顯微鏡。現在，研究人員開發了一種方法，能夠使用其自身的遺傳物質來觀察細胞。這種被稱為脫氧核糖核酸（DNA）顯微鏡的技術所産生的圖像比傳統顯微鏡的圖像模糊，但它能夠讓科學家改進癌症治療方法，同時探索人體神經系統是如何形成的，從而在生物學和醫學研究上具有重要意義。

        用傳統光學顯微鏡(左)和DNA顯微鏡捕獲的細胞圖像。圖片來源：《細胞》

“DNA顯微鏡是一種巧妙的方法，”並未參與該項研究的美國加利福尼亞州帕洛阿爾托市斯坦福大學醫學院遺傳學家Howard Chang説，“我認為它會被廣泛使用。”

霍華德－休斯醫學研究所日前發佈新聞公報説，“DNA顯微鏡”是一種全新的細胞可視化技術，這種技術由該機構和布羅德研究所共同開發，利用化學手段獲取細胞內部資訊，繪製的圖像反映出細胞內生物分子的基因序列和相對位置兩方面的情況。

生物體不同的細胞從基因組中調用不同的指令，生産出相應的生物分子，使細胞能夠執行它的專屬任務。這些生物分子在細胞內的位置分佈與它們的基因序列同樣重要，但目前觀測手段都只能反映其中一個方面。

為了研製DNA顯微鏡，馬薩諸塞州康橋布羅德研究所博士後Joshua Weinstein及其同事從培養皿中的一組細胞開始入手。

通過在細胞中製造核糖核酸（RNA）分子的DNA版本，研究人員生産了大量可以追蹤的DNA分子。隨後他們將標簽——一小段DNA——附著在這些DNA複製物上。

接下來，科學家將這些化學物質混合在一起，它們會産生這些標簽的多個副本，及其所連接的DNA分子。

隨著這些複製品的增多，它們開始偏離原來的位置。當兩個游離的DNA分子相遇時，二者會連接起來，形成一個獨特的DNA標簽，標誌著這次相遇。

這些標簽對於捕捉細胞的DNA圖像至關重要。如果兩個DNA分子一開始就很接近，則它們擴散的拷貝就會頻繁地結合在一起，産生的標簽就會比兩個一開始相距較遠的DNA分子要多。

為了計算DNA標簽的數量，研究人員將這些細胞磨碎並分析其中的DNA。然後，一個電腦演算法可以推斷出DNA分子的原始位置，從而生成一幅圖像。

Weinstein認為，從某種意義上説，最初的DNA分子就像無線電發射塔，以DNA分子的形式相互傳送資訊。研究人員可以探測到一座塔何時與附近的另一座塔通信，並利用兩座塔之間的資訊傳輸模式繪製它們的位置。

為了確定這項新技術效果如何，研究人員對攜帶著綠色或紅色蛋白質基因的細胞進行了測試。結果顯示，用DNA顯微鏡拍攝的圖像並沒有研究人員用光學顯微鏡拍攝的圖像那樣清晰，但它能夠區分出紅細胞和綠細胞在基因上的不同。

此外，Weinstein説，DNA顯微鏡能夠捕捉到細胞的排列。這種能力在分析人體器官樣本時可能很有用。然而，這項技術還不能揭示細胞內部的細節。

研究人員在6月20日出版的《細胞》雜誌上報告了這一研究成果。

“我們的目標並不是要取代光學顯微鏡。”Weinstein説。但是DNA顯微鏡可以做一些光學顯微鏡做不到的事情。例如，光學顯微鏡往往無法區分細胞之間的DNA差異，例如具有特定突變的腫瘤細胞或免疫細胞，這些細胞在重組DNA後往往具有基因上的獨特性。

Weinstein説，通過識別能夠攻擊腫瘤的免疫細胞，DNA顯微鏡可以幫助改善某些癌症的治療方法。隨著神經系統的發育，細胞通常會産生獨特的RNA，從而使其能夠合成特殊的蛋白質，而這項技術也可以幫助科學家研究這些細胞。

如果將細胞比作裝有不同顏色小球的容器，那麼光學顯微鏡、電子顯微鏡等的觀測結果就屬於黑白照片，而DNA顯微鏡能同時獲取細胞內生物分子的基因序列和相對位置兩方面的資訊，相當於拍到容器內部的彩色照片。

瑞典斯德哥爾摩市KTH皇家理工學院分子技術專家Joakim Lundeberg説，這項技術“相當酷”，他曾幫助開發了一種在細胞中可視化RNA的方法。但他警告説，這項研究只是初步的，研究人員還需要確定這項技術的能力。

Lundeberg説，如果能在樣本中生成細胞的三維圖像，DNA顯微鏡顯然將非常有價值。“研究人員需要在組織樣本中證明這一點，才能真正理解DNA顯微鏡到底多有用。”