革命性技术：不用原位杂交，绘制体内基因空间表达的简单方法

EPFL的科学家已经开发出一种算法，可以计算出体内基因表达的空间模式，而不需要显微镜和目前使用的复杂设备。

　　

随着我们积累越来越多的基因测序信息，细胞类型数据库的规模和复杂性都在增长。有必要了解不同类型的细胞在体内的位置，并将它们的基因表达模式映射到组织和器官的特定位置。例如，一个基因可以在一个细胞中活跃表达，而在另一个细胞中被抑制。

将基因定位到组织的一种方法是原位杂交技术。简单地说，在目标基因所在的组织切片(“原位”部分)中，用荧光标记标记目标基因(“杂交”)。然后在一个专门的显微镜下观察这些切片，看看基因在哪里“发光”。然后将每个切片的连续照片组合在一起，生成一个基因在组织内位置的“空间”地图。

使用原位杂交的方法的问题是,随着目标基因数量的增长,他们开始变得复杂,需要专门的设备,并迫使科学家事先选择他们的目标,这一过程可以费力如果目标是重建一个完整的组织的基因分布的地图。

现在，EPFL生命科学学院的科学家们发明了一款新的断层成像Tomographer计算算法，它可以将基因测序数据转换成空间解析数据，如图像，而且不需要显微镜。这项工作是由Gioele La Manno的研究小组进行的，现在发表在《Nature Biotechnology》杂志上。

在新的断层成像技术中，组织首先沿着感兴趣的轴线切割成连续的切片，然后每片切片以不同的角度切割成组织条。然后，细胞条被分解，收集它们的总信使RNA (mRNA)。每一个mRNA都对应着细胞中活跃的一个基因。这些条带的测量结果可以作为断层扫描器算法的输入，在整个组织中重建空间基因表达模式。

“断层扫描成像的算法为不同基因组测量技术的‘空间化’开辟了一条充满希望和强大的道路，”Gioele La Manno说。作为一项应用，科学家们利用断层扫描仪绘制了澳大利亚大胡子龙(Pogona vitticeps)大脑的分子解剖学空间图，这是一种非模型生物，展示了该算法的多用途。

该研究的主要作者之一Christian Gabriel Schneider说:“自从我进入医学院以来，我一直钦佩计算机断层摄影术彻底改变了我们检查器官和身体部位的方式。今天，我非常自豪能成为开发出分子断层扫描技术的团队的一员。到目前为止，我们一直专注于在神经发育生物学上的应用，但在未来，我们肯定可以想象分子断层摄影术将成为个性化医学的一个组成部分。”

该研究的另一位主要作者Halima Hannah Schede补充说:“开发一种可访问且灵活的计算方法是一个令人兴奋的机会，它有可能促进健康科学的进步。我非常期待看到其他空间解析的生物数据形式将通过断层扫描仪被揭示出来。”

Halima Hannah Schede, Christian G. Schneider, Johanna Stergiadou, Lars E. Borm, Anurag Ranjak, Tracy M. Yamawaki, Fabrice P.A. David, Peter Lönnerberg, Maria Antonietta Tosches, Simone Codeluppi, Gioele La Manno. Spatial tissue profiling by imaging-free molecular tomography. Nature Biotechnology 19 April 2021. DOI: 10.1038/s41587-021-00879-7

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