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科学家造出“细胞黑匣子”:你的每个昨天,都被细胞记住了

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导语:
你猜,细胞有没有“记忆”?它能记住自己一周前“做过”什么吗?现在,科学家真的给细胞装上了“时间胶囊”!一项刚刚登上《科学》杂志的突破,可能彻底改变我们观测生命的方式。


核糖体(如图所示)通过将信使RNA(mRNA)翻译成氨基酸链来合成蛋

细胞“记忆体”问世:记录生命每时每刻

我们体内的细胞时刻在变。想研究它们的动态,科学家以前只有两种“笨办法”:要么像看直播一样用显微镜追踪(但只能看少数几个目标),要么像法医一样在实验结束后“解剖”细胞,费力还原过去。

现在,第三种方法来了——让细胞自己写“日记”

哈佛大学的科学家团队,从一种细胞内40年来功能成谜的“神秘柜子”——vault结构中获得灵感,成功将其改造为“TimeVault”(时间保险库)。它能像录音机一样,实时捕获并储存细胞在特定时间段内产生的所有mRNA(信使RNA)分子

简单说,mRNA是细胞执行功能的“工作记忆单”。记录了它,就等于拿到了细胞在过去一段时间内的“活动日志”。

灵感竟来自YouTube?“神秘柜子”变身记

这个绝妙想法的诞生,居然有点偶然。课题组一位学生在YouTube上刷到了一个叫“Vault Guy”(穹顶小子)的频道。频道主理人,正是上世纪80年代共同发现vault结构的UCLA细胞生物学家 Leonard Rome。

这种桶状结构存在于几乎所有哺乳动物细胞中,数量成千上万,但几十年来,没人知道它到底有什么用

“何不把它变成一个‘时间胶囊’?”这个想法击中了团队。他们重新设计了一种vault蛋白,让它能识别并“抓捕”带有特定分子标记的mRNA。给细胞施加一种药物,就等于按下“录制键”;撤掉药物,录制停止。这些被抓捕的mRNA分子,就能在vault这个“保险箱”里安全储存至少一周

更神奇的是,装着“记忆”的细胞一切正常,vault结构本身也形状不变。“它们开心得很。”论文通讯作者 Fei Chen 如此描述。

不仅能记录,还能“破案”:揪出癌症最顽固细胞

这项技术不只是个酷玩具,它立刻被用于解决一个癌症治疗的棘手难题——持久性细胞

有些癌细胞,并没有产生耐药基因突变,却能在药物猛攻下“幽灵般”存活下来,导致癌症复发。一个假说是,这些细胞在用药前,就有着独特的“工作记忆”(mRNA模式),让它们提前做好了顽抗准备。

但要验证这一点极其困难,因为药物本身会引起海量的细胞反应,真假信号混作一团。

现在,有了TimeVault,科学家能在用药,就悄悄记录下这些未来“顽固分子”的活动。通过对肺癌细胞的研究,团队成功锁定了数百个在用药前就异常活跃的基因。当他们抑制其中几个最活跃的基因后,抗癌药物的杀伤效果显著提升

这意味着,我们或许找到了让癌症治疗更彻底的新靶点

未来已来:打开观察生命的全新维度

这项研究让整个学界兴奋不已。

苏黎世联邦理工学院的生物工程师 Randall Platt 评价:“这是实现领域长期目标——持续记录人体细胞转录活动的重大一步。”

华盛顿大学的基因组科学家 Jay Shendure 则赞叹这需要“一些创造力和一些胆量”。他认为TimeVault将成为现有CRISPR记录技术的有力补充,并畅想未来:这个“柜子”是不是也能存储蛋白质等其他生命记忆?

得克萨斯州的合成生物学家 Theresa Loveless 已经等不及想用上这项技术了:“我对着这篇论文超级兴奋!

从干细胞如何分化的奥秘,到神经细胞如何形成记忆,TimeVault为我们打开了一扇观察生命动态历史的崭新窗口。细胞的“黑匣子”已经就位,更多生命的秘密,正等待被读取。

本文编译自《自然》新闻,发布于《科学》杂志
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#生命科学 #黑科技 #癌症治疗 #细胞 #生物技术 #科学新发现

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