@总把新桃换旧符:# 科学家给小鼠胚胎画了张家谱树 #
半个世纪前,科学家干过一件很轴的事:
守着一种叫线虫的小虫子,把它从受精卵到成体的每一次细胞分裂,全看了一遍。
虫子的发育史因此清清楚楚。
换成哺乳动物就不行了。
胚胎在肚子里,细胞几十亿个,谁也没法盯着看。
但是,
上周,有人把这个死角凿开了。
西雅图合成生物学中心(由艾伦研究所、华盛顿大学医学院和生物中心三家合起来的机构),在《科学》上报了一棵 " 树 "。一颗谱系树:
从一只小鼠的受精卵开始,到 128 万多个细胞的胚胎,每一步谁分裂成谁,全都连上了。
这是迄今哺乳动物里最大的一张细胞谱系树,还带时间校准。
这是因为他们给细胞配了一支笔,叫 "DNA 打字机 "。
做法倒是很朴实无华的:
在基因组里预先埋一段人工序列,细胞每分裂一次,就用先导编辑器往这段序列里写一个符号。
母细胞写过的符号会原样遗传给两个子细胞,然后各自接着往下写。
分裂一次,多一道。
写下来的顺序,就是分裂的顺序。
等胚胎长到 13.5 天,小鼠妊娠期走完大约三分之二的时候,他们把 158 万个细胞核里的符号逐个读出来,拼出了这棵树。
官方对此打了个比方:
基因组里的一本日记。细胞什么时候分的家,日记里按顺序都记着。
受精卵第一次分裂,变成两个细胞。
这两支后来的命运并不一样:
一支贡献了胚胎里约 57% 的细胞,
另一支约 42%。
但两支分化出来的细胞类型比例,几乎一致。
早期谁多生几个细胞、谁少生几个,并不打乱身体的总规划。
共同第一作者 Haedong Kim 对这点也很意外,他说:" 我们没料到第一次分裂的标记这么稳。"
这就达成了一个鲜明的对照组:
一个胚胎里天然带着两份独立重复的记录,每个结论能核对两遍。
用途也摆在那儿。
先天缺陷和发育障碍,本质都是正常路径在某处拐错了。
有了一张正常底图,就能拿异常样本去比对,看偏差是从哪一次分裂开始的。
癌症同理。
癌细胞的来源和扩散路径,过去只能靠零散实验拼,现在有希望一次实验记下来。
干细胞治疗有没有真扎根、衰老怎么改变器官里的细胞构成,用的也是同一套记法。
团队把谱系数据和一个叫 NextCell 的交互浏览器一起公开了。任何人都能上去翻这棵小鼠胚胎的家谱。
当然,128 万个细胞听着多,但只占 13.5 天龄胚胎总细胞数的约 10%。小鼠妊娠期大约 20 天,他们读到第 13 天半,剩下的还没读。
但无论如何,这条路确实是能走通了。
(这篇文章 10 月 8 日发在《科学》。)