Det som ser ut som et kalejdoskop med glødende iskremen eller en krysning mellom en tåke og et 1980-talls dansefest, er faktisk noe enda mer forbløffende: en ufridd og detaljert oversikt over de nøyaktige stedene til DNA og RNA inne i en levende celle.
Metoden som åpnet dørene for dette enestående utseendet inne i levende celler - kjent som DNA-mikroskopi - ble perfeksjonert over en periode på seks år, ifølge en ny studie.
"DNA-mikroskopi er en helt ny måte å visualisere celler som fanger opp både romlig og genetisk informasjon fra et enkelt eksemplar," sa studieleder Joshua Weinstein, en postdoktor ved Broad Institute of MIT, i en uttalelse.
Teknikken tillater til og med forskere å se den nøyaktige rekkefølgen av nukleotider, "bokstavene" som utgjør DNAs dobbelt helix og RNAs enkeltstreng, i hver celle.
"Det vil tillate oss å se hvordan genetisk unike celler - de som inkluderer immunsystemet, kreft eller tarmen, for eksempel - samvirker med hverandre og gir opphav til komplekst flercellet liv," sa Weinstein.
I løpet av de siste tiårene har forskere utviklet utallige verktøy som hjelper dem å samle molekylære data fra vevsprøver. Men forsøk på å parre denne teknologien med romlige data - slik at forskere vet hvor og hvordan genetisk materiale inne i en celle er ordnet - involverer ofte dyre og spesialiserte maskiner.
Den nye tilnærmingen gjør prosessen mye enklere, sa forskerne. I hovedsak bruker metoden bittesmå tagger - laget av tilpassede DNA-sekvenser som hver er omtrent 30 nukleotider - som griper fast på hvert DNA- og RNA-molekyl i en celle. Deretter blir kodene replikert til det er hundrevis av kopier av dem i cellen. Når disse kopiene interagerer med hverandre, kombinerer de og lager unike DNA-etiketter, sa forskerne.
Samhandlingene mellom disse DNA-kodene er nøkkelen. Når forskere har samlet de merkede biomolekylene og sekvensert dem, kan de bruke en datamaskinalgoritme til å avkode og rekonstruere taggenes opprinnelige posisjoner i cellen, og skape et fargekodet virtuelt bilde av prøven. Å kartlegge plasseringen av hvert molekyl ligner på hvordan mobiltelefontårnene triangulerer plasseringen av mobiltelefoner i nærheten, sier forskerne.
Teknikken kan hjelpe forskere med å forstå forskjellige typer menneskelig sykdom. I studien viste for eksempel forskerne at DNA-mikroskopi kunne kartlegge lokasjonene til individuelle humane kreftceller i en prøve. Disse syntetiske DNA-kodene kan til og med hjelpe forskere med å kartlegge lokaliteten til antistoffer, reseptorer og molekyler på tumorceller, sa de.
"Vi har brukt DNA på en måte som matematisk ligner fotoner i lysmikroskopi," sa Weinstein. "Dette gjør at vi kan visualisere biologi slik celler ser det og ikke som det menneskelige øyet gjør."
