Originaltitel: Neues DNA-Mikroskop zeichnet eine 3D-Karte des Lebens "von innen nach außen".

Wissenschaftler der University of Chicago in den Vereinigten Staaten haben ein revolutionäres Bildgebungsverfahren entwickelt, das als volumetrische DNA-Mikroskopie bezeichnet wird. Die Technologie ermöglicht es, eine 3D-Karte des Lebens "von innen nach außen" zu erstellen, die es Wissenschaftlern ermöglicht, eine 0D-Karte von komplexem genetischem Material zu erstellen, indem sie Wechselwirkungen zwischen Molekülen markieren und verfolgen, was einen beispiellosen Einblick in lebende Organismen ermöglicht. Die Ergebnisse wurden in der neuen Ausgabe von Nature Biotechnology veröffentlicht.

Obwohl herkömmliche Gensequenzierungsmethoden die reichhaltige genetische Information in einer Probe aufdecken können, können sie nicht die spezifische Position einer bestimmten Gensequenz in der Probe oder ihre Beziehung zu umgebenden Genen und Molekülen zeigen. Um dieses Manko auszugleichen, kann eine neu entwickelte Technologie die Identität von genetischem Material erfassen und gleichzeitig dessen Standort erfassen. Dies wird erreicht, indem einzelnen DNA- oder RNA-Molekülen kurze DNA-Sequenz-Tags, sogenannte Unique Molecular Identifier (UMI), hinzugefügt und dann die Wechselwirkungen zwischen diesen Tags verfolgt werden. Diese Interaktion trägt dazu bei, ein molekulares Netzwerk zu schaffen, das die räumliche Anordnung der Gene widerspiegelt, was zu einem dreidimensionalen Bild führt.

Bei der Verwendung eines volumetrischen DNA-Mikroskops bindet sich das UMI an die DNA- und RNA-Moleküle im Inneren der Zelle und beginnt sich zu vermehren. Dieser Prozess generiert einen eindeutigen Ereignisbezeichner UEI. Jedes UEI ist einzigartig und hilft dabei, die spezifische Position jedes Genmoleküls zu bestimmen. Benachbarte UMI-Interaktionen erzeugen auch mehr UEIs, was dem Computermodell die Informationen liefert, die es benötigt, um die ursprüngliche Position zu rekonstruieren und eine räumliche Karte der Genexpression zu erstellen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Mikroskopen, die auf Licht oder Linsen angewiesen sind, beruht die volumetrische DNA-Mikroskopie auf der Berechnung der Wechselwirkungen zwischen Molekülen, um Bilder zu erstellen. Diese Methode wurde mit der Verwendung von Handydaten verglichen, um den Standort von Menschen in einer Stadt zu bestimmen, so wie die Kenntnis von Handynummern helfen kann, Personen zu lokalisieren, und die Analyse von Wechselwirkungen zwischen Molekülen auch auf ihren Standort im Körper schließen kann.

Diese Technik ist nicht auf Vorwissen angewiesen und eignet sich daher für die Erforschung der Genexpression in unbekannten Kontexten. So kann beispielsweise in der Krebsforschung die Interaktion zwischen der Tumormikroumgebung und dem Immunsystem abgebildet werden, was für die Entwicklung einer präziseren Krebsimmuntherapie oder maßgeschneiderter personalisierter Impfstoffe von großer Bedeutung ist. (Zhang Mengran)