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近日，Broad研究所的研究人员开发出一种新方法，有望让空间转录组学技术更加普及。这种方法无需成像，而是采用计算方法来重建基因表达的空间位置。
空间转录组学技术实现了新型的生物分析，让科学家们能够生成详细的地图来说明基因在哪个位置表达。不过，大多数方法都依赖于昂贵且耗时的成像技术，需要专门的设备。
近日，Broad研究所的研究人员开发出一种新方法，有望让空间转录组学技术更加普及。这种方法无需成像，而是采用计算方法来重建基因表达的空间位置。
研究人员表明，与之前的方法相比，他们的方法能够更快、更低成本地分析更大的组织切片。更重要的是，这种新方法不需要专门的设备，因此更多研究人员有机会采用。
这项研究成果于4月3日发表在《Nature Biotechnology》杂志上。
通讯作者、Broad研究所核心成员Fei Chen表示：“我们的工作是将成像转化为分子生物学，也就是试管中的反应。这意味着只要有算法和一些常用试剂，任何人都可以使用这种方法。”
“当生物学家考虑空间位置时，他们可能会认为需要用光学显微镜或电子显微镜来观察样本，”第一作者Chenlei Hu补充说。“但我们发现，我们可以通过计算来推断物理位置。”
研究人员以Slide-seq技术为基础开发出这种新方法。Slide-seq技术是由Fei Chen、Broad研究所成员Evan Macosko及其同事在2019年开发的，能够生成组织切片的高分辨率基因表达图谱。
他们首先用一组带有DNA条形码的微珠包被载玻片表面，创建出一个能够显示每个微珠位置的参照物。接着，他们将组织切片转移到载玻片表面，并溶解组织后释放出mRNA与条形码微珠相结合。然后，他们收集微珠上样到测序仪中，并使用专门的软件绘制出整个组织的基因表达图谱。
过去，他们实验室一直在使用显微镜。但他们始终觉得，有可能仅仅通过测序就能推断出每个微珠的位置，而无需成像。他们认为，如果知道阵列上每对微珠之间的距离，就能重建它们的空间位置，就像知道手机与卫星的距离就能定位手机一样。
在Chenlei Hu加入实验室后，她认为有可能通过测量分子之间的扩散程度来确定微珠的位置。Hu及其同事构建了一种新型的微珠阵列，其中包含“发射器”和“接收器”微珠，每个微珠都带有DNA条形码。
当暴露在紫外线下时，条形码从发射珠上分离，扩散出去，并被接收珠捕获。离发射器更近的接收珠会捕获更多的DNA条形码。通过Slide-seq的测序步骤来测定这些被捕获的条形码的水平，不仅能提供基因表达的信息，还能提供微珠的位置。然后，他们采用一种常用于单细胞分析的算法UMAP来重建微珠在载玻片上的原始位置。
当研究人员使用这种新方法和基于图像的Slide-seq来分析同一个样本时，他们发现差异很小。无需耗时的成像步骤，Chen的团队能够绘制出比以往更大的组织切片上的基因表达图谱：小鼠胚胎组织上达1.2厘米的区域。
研究人员目前正与Macosko实验室合作，绘制7厘米大的区域，接近人体整个器官的大小。
“我们不再受到成像时间的限制，”Chen谈道。“最终，我们想要分析整个人类大脑。这是其他技术无法做到的。”
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