Nat.Biotechnol：美首次绘制人类基因组的3D图谱

日前，科学家首次开发出了一种方法以生成一个细胞的全部DNA链—即基因组—的精确3D模型。基因组在几乎所有人类细胞的功能中发挥着核心的作用，而在其结构上的缺陷则被认为是导致各种疾病包括癌症的罪魁祸首。.

一种新的方法使得研究人员可以仔细产看一个细胞的细胞核内部，并可能有助加深对癌症成因的理解。该研究将先以网络版形式发表在12月25号的Nature Biotechnology上。

了解基因组的结构对于从全局上理解其功能来说至关重要，南加州大学的分子生物学教Lin Chen如此说道。

“任何生物学的事物都是以3D形式来运作的，”Chen说。“因此，要彻底了解一个事物，你必须了解其3D结构。”你可以把一个细胞内的基因组想象成一碗天使面。不同的细胞就像每碗都不同的天使面，其中的面条以不同的方式组织在一起，不过它们还是具有一些共同的特征。

对于试图了解在正常细胞核不健全细胞中的基因组的科学家来说，存在关键的技术难题。而该研究的最有可能的应用就是可以基于细胞内基因组的结构缺陷而识别出潜在的癌症细胞，Chen说道。

“希望在将来，这些研究可让科学家们更好的理解基因组与疾病的关系以及在那些情况下如何调节它的功能，”Chen说。

由于基因组非常小却异常的长，因此要创建其3D图像并不像拍张照那么简单。打个比方，把细胞核看成是一个足球，则在其中的DNA链的舒展开后足有30英里长。生物学家用来研究生物大分子结构的所有方法都无法用于人类基因组研究。

DNA在细胞内揉成一团，彼此之间形成数以亿计的接触。使用一种新的技术，南加州大学的研究人员描绘出了各个DNA-DNA接触点，并利用复杂的计算机算法对结果进行3D建模。

“它向你呈现了关于基因组的全新的展望，”Chen说。通过分析不同细胞间的基因组结构的异同，科学家可以发现3D组织的基本规则。此外，该技术使得科学家可以看到每个基因相对于其他基因所处的位置，并了解这种排列对于细胞功能的重要性。

南加州大学所使用的这种方法考虑到了细胞间的细微差别——DNA并非总是以同样的方式进行缠绕。

“没有单一结构的基因组，”南加州大学计算生物学副教授Frank Alber说道。Chen和Alber领导了这项研究，他们的团队成员还有Reza Kalhor，Harianto Tjong及Nimanthi Jayathilaka。

通过对许多基因组进行的统计分析，他们可以确定DNA链所偏好的姿势，提出DNA链最可能呈现的样子。