科學(xué)家造出“細(xì)胞黑匣子”：你的每個昨天，都被細(xì)胞記住了

導(dǎo)語：
你猜，細(xì)胞有沒有“記憶”？它能記住自己一周前“做過”什么嗎？現(xiàn)在，科學(xué)家真的給細(xì)胞裝上了“時間膠囊”！一項剛剛登上《科學(xué)》雜志的突破，可能徹底改變我們觀測生命的方式。

核糖體（如圖所示）通過將信使RNA（mRNA）翻譯成氨基酸鏈來合成蛋

細(xì)胞“記憶體”問世：記錄生命每時每刻

我們體內(nèi)的細(xì)胞時刻在變。想研究它們的動態(tài)，科學(xué)家以前只有兩種“笨辦法”：要么像看直播一樣用顯微鏡追蹤（但只能看少數(shù)幾個目標(biāo)），要么像法醫(yī)一樣在實驗結(jié)束后“解剖”細(xì)胞，費力還原過去。

現(xiàn)在，第三種方法來了——讓細(xì)胞自己寫“日記”。

哈佛大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊，從一種細(xì)胞內(nèi)40年來功能成謎的“神秘柜子”——vault結(jié)構(gòu)中獲得靈感，成功將其改造為“TimeVault”（時間保險庫）。它能像錄音機(jī)一樣，實時捕獲并儲存細(xì)胞在特定時間段內(nèi)產(chǎn)生的所有mRNA（信使RNA）分子。

簡單說，mRNA是細(xì)胞執(zhí)行功能的“工作記憶單”。記錄了它，就等于拿到了細(xì)胞在過去一段時間內(nèi)的“活動日志”。

靈感竟來自YouTube？“神秘柜子”變身記

這個絕妙想法的誕生，居然有點偶然。課題組一位學(xué)生在YouTube上刷到了一個叫“Vault Guy”（穹頂小子）的頻道。頻道主理人，正是上世紀(jì)80年代共同發(fā)現(xiàn)vault結(jié)構(gòu)的UCLA細(xì)胞生物學(xué)家 Leonard Rome。

這種桶狀結(jié)構(gòu)存在于幾乎所有哺乳動物細(xì)胞中，數(shù)量成千上萬，但幾十年來，沒人知道它到底有什么用。

“何不把它變成一個‘時間膠囊’？”這個想法擊中了團(tuán)隊。他們重新設(shè)計了一種vault蛋白，讓它能識別并“抓捕”帶有特定分子標(biāo)記的mRNA。給細(xì)胞施加一種藥物，就等于按下“錄制鍵”；撤掉藥物，錄制停止。這些被抓捕的mRNA分子，就能在vault這個“保險箱”里安全儲存至少一周。

更神奇的是，裝著“記憶”的細(xì)胞一切正常，vault結(jié)構(gòu)本身也形狀不變。“它們開心得很。”論文通訊作者 Fei Chen 如此描述。

不僅能記錄，還能“破案”：揪出癌癥最頑固細(xì)胞

這項技術(shù)不只是個酷玩具，它立刻被用于解決一個癌癥治療的棘手難題——持久性細(xì)胞。

有些癌細(xì)胞，并沒有產(chǎn)生耐藥基因突變，卻能在藥物猛攻下“幽靈般”存活下來，導(dǎo)致癌癥復(fù)發(fā)。一個假說是，這些細(xì)胞在用藥前，就有著獨特的“工作記憶”（mRNA模式），讓它們提前做好了頑抗準(zhǔn)備。

但要驗證這一點極其困難，因為藥物本身會引起海量的細(xì)胞反應(yīng)，真假信號混作一團(tuán)。

現(xiàn)在，有了TimeVault，科學(xué)家能在用藥前，就悄悄記錄下這些未來“頑固分子”的活動。通過對肺癌細(xì)胞的研究，團(tuán)隊成功鎖定了數(shù)百個在用藥前就異?；钴S的基因。當(dāng)他們抑制其中幾個最活躍的基因后，抗癌藥物的殺傷效果顯著提升！

這意味著，我們或許找到了讓癌癥治療更徹底的新靶點。

未來已來：打開觀察生命的全新維度

這項研究讓整個學(xué)界興奮不已。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的生物工程師 Randall Platt 評價：“這是實現(xiàn)領(lǐng)域長期目標(biāo)——持續(xù)記錄人體細(xì)胞轉(zhuǎn)錄活動的重大一步。”

華盛頓大學(xué)的基因組科學(xué)家 Jay Shendure 則贊嘆這需要“一些創(chuàng)造力和一些膽量”。他認(rèn)為TimeVault將成為現(xiàn)有CRISPR記錄技術(shù)的有力補(bǔ)充，并暢想未來：這個“柜子”是不是也能存儲蛋白質(zhì)等其他生命記憶？

得克薩斯州的合成生物學(xué)家 Theresa Loveless 已經(jīng)等不及想用上這項技術(shù)了：“我對著這篇論文超級興奮！”

從干細(xì)胞如何分化的奧秘，到神經(jīng)細(xì)胞如何形成記憶，TimeVault為我們打開了一扇觀察生命動態(tài)歷史的嶄新窗口。細(xì)胞的“黑匣子”已經(jīng)就位，更多生命的秘密，正等待被讀取。

本文編譯自《自然》新聞，發(fā)布于《科學(xué)》雜志
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