Wat eruitziet als een caleidoscoop van gloeiende hagelslag of een kruising tussen een nevel en een dansfeest uit de jaren 80 is eigenlijk nog verbazingwekkender: een onbelemmerd en gedetailleerd beeld van de exacte locaties van DNA en RNA in een levende cel.
De methode die de deuren opende voor deze ongekende blik in levende cellen - bekend als DNA-microscopie - werd volgens een nieuwe studie in zes jaar tijd geperfectioneerd.
"DNA-microscopie is een geheel nieuwe manier om cellen te visualiseren die tegelijkertijd ruimtelijke en genetische informatie van één enkel monster vastleggen", aldus hoofdonderzoeker Joshua Weinstein, een postdoctoraal medewerker aan het Broad Institute of MIT, in een verklaring.
De techniek stelt onderzoekers zelfs in staat om de exacte volgorde van nucleotiden, de "letters" die de dubbele helix van DNA en de enkele streng van RNA vormen, binnen elke cel te zien.
"Het zal ons in staat stellen te zien hoe genetisch unieke cellen - die bijvoorbeeld het immuunsysteem, kanker of de darmen omvatten - met elkaar interageren en aanleiding geven tot een complex meercellig leven", zei Weinstein.
In de afgelopen decennia hebben onderzoekers talloze tools ontwikkeld waarmee ze moleculaire gegevens van weefselmonsters kunnen verzamelen. Maar pogingen om deze technologie te koppelen aan ruimtelijke gegevens - zodat onderzoekers weten waar en hoe genetisch materiaal in een cel is gerangschikt - vereisen vaak dure en gespecialiseerde machines.
De nieuwe aanpak maakt het proces veel eenvoudiger, aldus de onderzoekers. In wezen gebruikt de methode kleine tags - gemaakt van op maat gemaakte DNA-sequenties van elk ongeveer 30 nucleotiden lang - die op elk DNA- en RNA-molecuul in een cel vastklikken. Vervolgens worden de tags gerepliceerd totdat er honderden exemplaren van zijn in de cel. Omdat deze kopieën met elkaar interageren, combineren en maken ze unieke DNA-labels, aldus de onderzoekers.
De interacties tussen deze DNA-tags zijn essentieel. Zodra onderzoekers de gelabelde biomoleculen hebben verzameld en deze hebben geordend, kunnen ze een computeralgoritme gebruiken om de oorspronkelijke posities van de tags in de cel te decoderen en te reconstrueren, waardoor een virtueel beeld met kleurcodering van het monster ontstaat. Het lokaliseren van de locatie van elk molecuul is vergelijkbaar met hoe gsm-torens de locaties van nabijgelegen gsm's trianguleren, aldus de onderzoekers.
De techniek kan onderzoekers helpen verschillende soorten menselijke ziekten beter te begrijpen. Zo lieten de onderzoekers in het onderzoek zien dat DNA-microscopie de locaties van individuele menselijke kankercellen in een monster in kaart kon brengen. Deze synthetische DNA-tags kunnen wetenschappers zelfs helpen de locaties van antilichamen, receptoren en moleculen op tumorcellen in kaart te brengen, zeiden ze.
'We hebben DNA gebruikt op een manier die wiskundig vergelijkbaar is met fotonen in lichtmicroscopie', zei Weinstein. 'Hierdoor kunnen we de biologie visualiseren zoals cellen die zien en niet zoals het menselijk oog dat doet.'
