ما يشبه مشهدًا من رش الآيس كريم المتوهج أو صليب بين سديم وحفلة رقص في الثمانينيات هو في الواقع شيء أكثر إثارة للدهشة: عرض غير مقيد ومفصل للمواقع الدقيقة للحمض النووي والحمض النووي الريبي داخل خلية حية.
توصلت دراسة حديثة إلى أن الطريقة التي فتحت أبواب هذه النظرة غير المسبوقة داخل الخلايا الحية - المعروفة باسم مجهر الحمض النووي - تم إتقانها على مدى ست سنوات.
وقال الباحث الرئيسي في الدراسة جوشوا وينشتاين ، زميل ما بعد الدكتوراه في المعهد الواسع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، في بيان: "إن مجهر الحمض النووي هو طريقة جديدة تمامًا لتصور الخلايا التي تلتقط كلًا من المعلومات المكانية والجينية في وقت واحد من عينة واحدة".
حتى أن التقنية تسمح للباحثين برؤية الترتيب الدقيق للنيوكليوتيدات ، "الحروف" التي تشكل اللولب المزدوج للحمض النووي وحبل RNA الفردي ، داخل كل خلية.
وقال وينشتاين "سيتيح لنا أن نرى كيف تتفاعل الخلايا الفريدة وراثيا - تلك التي تتكون من جهاز المناعة أو السرطان أو الأمعاء ، على سبيل المثال - مع بعضها البعض وتؤدي إلى حياة معقدة متعددة الخلايا".
على مدى العقود القليلة الماضية ، طور الباحثون أدوات لا تعد ولا تحصى تساعدهم على جمع البيانات الجزيئية من عينات الأنسجة. لكن الجهود المبذولة لربط هذه التكنولوجيا بالبيانات المكانية - حتى يعرف الباحثون أين وكيف يتم ترتيب المواد الوراثية داخل الخلية - غالبًا ما تنطوي على آلات مكلفة ومتخصصة.
وقال الباحثون إن النهج الجديد يجعل العملية أسهل بكثير. في الأساس ، تستخدم الطريقة علامات صغيرة - مصنوعة من تسلسلات DNA المخصصة لكل منها حوالي 30 نيوكليوتيدًا - والتي تلتصق بكل جزيء DNA و RNA في الخلية. ثم يتم نسخ العلامات حتى تكون هناك مئات النسخ منها داخل الخلية. وقال الباحثون إنه بينما تتفاعل هذه النسخ مع بعضها البعض ، فإنها تدمج وتصنع ملصقات DNA فريدة من نوعها.
التفاعلات بين علامات DNA هذه أمر أساسي. بمجرد أن يقوم الباحثون بجمع الجزيئات الحيوية المسماة وتسلسلها ، يمكنهم استخدام خوارزمية الكمبيوتر لفك تشفير وإعادة إنشاء المواضع الأصلية للعلامات في الخلية ، وإنشاء صورة افتراضية مرمزة للعينة. قال الباحثون إن تحديد موقع كل جزيء يشبه طريقة تثليث أبراج الهواتف المحمولة لمواقع الهواتف المحمولة القريبة.
قد تساعد هذه التقنية الباحثين على فهم أنواع مختلفة من الأمراض البشرية بشكل أفضل. على سبيل المثال ، أظهر الباحثون في الدراسة أن الفحص المجهري للحمض النووي يمكن أن يعيّن مواقع خلايا السرطان البشرية الفردية في العينة. وقالوا إن علامات DNA الاصطناعية هذه يمكن أن تساعد العلماء في رسم خريطة لمواقع الأجسام المضادة والمستقبلات والجزيئات على الخلايا السرطانية.
قال واينشتاين "لقد استخدمنا الحمض النووي بطريقة مشابهة رياضيًا للفوتونات في المجهر الضوئي". "هذا يسمح لنا بتصور علم الأحياء كما تراه الخلايا وليس العين البشرية."
