Trông giống như một chiếc kính vạn hoa của những que kem phát sáng hoặc một sự giao thoa giữa một tinh vân và một bữa tiệc khiêu vũ thập niên 1980 thực sự là một điều đáng kinh ngạc hơn: một cái nhìn chi tiết và chính xác về vị trí chính xác của DNA và RNA bên trong một tế bào sống.
Theo một nghiên cứu mới, phương pháp mở ra cánh cửa cho cái nhìn chưa từng có này bên trong các tế bào sống - được gọi là kính hiển vi DNA - đã được hoàn thiện trong khoảng thời gian sáu năm, theo một nghiên cứu mới.
"Kính hiển vi DNA là một cách hoàn toàn mới để hình dung các tế bào, nắm bắt đồng thời cả thông tin không gian và di truyền từ một mẫu vật", Joshua Weinstein, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Viện nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học MIT, cho biết.
Kỹ thuật này thậm chí còn cho phép các nhà nghiên cứu nhìn thấy thứ tự chính xác của các nucleotide, "các chữ cái" tạo nên chuỗi xoắn kép của DNA và chuỗi đơn của RNA, trong mỗi tế bào.
"Nó sẽ cho phép chúng ta thấy các tế bào độc đáo về mặt di truyền - ví dụ như các tế bào bao gồm hệ thống miễn dịch, ung thư hoặc ruột - tương tác với nhau và làm phát sinh cuộc sống đa bào phức tạp", Weinstein nói.
Trong vài thập kỷ qua, các nhà nghiên cứu đã phát triển vô số công cụ giúp họ thu thập dữ liệu phân tử từ các mẫu mô. Nhưng những nỗ lực để kết hợp công nghệ này với dữ liệu không gian - để các nhà nghiên cứu biết được vị trí và cách thức vật liệu di truyền bên trong một tế bào - thường liên quan đến máy móc đắt tiền và chuyên dụng.
Cách tiếp cận mới làm cho quá trình dễ dàng hơn nhiều, các nhà nghiên cứu cho biết. Về bản chất, phương pháp này sử dụng các thẻ nhỏ - được tạo ra từ các chuỗi DNA tùy chỉnh, mỗi chuỗi dài khoảng 30 nucleotide - bám vào mọi phân tử DNA và RNA trong một tế bào. Sau đó, các thẻ được sao chép cho đến khi có hàng trăm bản sao của chúng trong ô. Khi các bản sao này tương tác với nhau, chúng kết hợp và tạo ra các nhãn DNA độc đáo, các nhà nghiên cứu cho biết.
Các tương tác giữa các thẻ DNA này là chìa khóa. Sau khi các nhà nghiên cứu thu thập các phân tử sinh học được dán nhãn và sắp xếp chúng, họ có thể sử dụng thuật toán máy tính để giải mã và tái cấu trúc các vị trí ban đầu của thẻ trong tế bào, tạo ra hình ảnh ảo được mã hóa màu của mẫu. Các nhà nghiên cứu cho biết việc xác định vị trí của từng phân tử tương tự như cách các tháp điện thoại di động sắp xếp các vị trí của điện thoại di động gần đó.
Kỹ thuật này có thể giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về các loại bệnh khác nhau ở người. Chẳng hạn, trong nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng kính hiển vi DNA có thể lập bản đồ vị trí của từng tế bào ung thư ở người trong một mẫu. Những thẻ DNA tổng hợp này thậm chí có thể giúp các nhà khoa học lập bản đồ vị trí của kháng thể, thụ thể và phân tử trên các tế bào khối u, họ nói.
"Chúng tôi đã sử dụng DNA theo cách tương tự về mặt toán học với các photon trong kính hiển vi ánh sáng", Weinstein nói. "Điều này cho phép chúng ta hình dung sinh học khi các tế bào nhìn thấy nó chứ không phải như mắt người."
