每个多细胞生命的诞生之初，都是一个单细胞。这个细胞会一变二，二变四，四变八，最终变成一个天文数字。据估计，新生儿体内约有260亿个细胞，这一数字在成年后还会继续增加。
从1到260亿，生命的发育过程让人叹为观止。这些细胞是怎么形成的？哪些细胞在先？哪些细胞在后？人们顺理成章地提出了疑问。但由于生命体实在过于复杂，我们一直没能找到很好的工具去回答这些问题。
▲这项研究发表于《科学》，并得到了《自然》的专门报道，重磅程度可见一斑（图片来源：《科学》与《自然》官网截图）
但这一切有望成为历史。10日，《科学》杂志在线发表的一篇论文让我们有望用先进的CRISPR基因编辑技术，去追溯那些瀚若繁星的细胞的发育过程。这项研究的通讯作者是哈佛的大牛George Church教授以及研究员Reza Kalhor博士。
这项研究用到了一种叫做“遗传条形码”的方法。具体来说，科学家们在小鼠的基因组里找到了一些特殊的DNA序列。随后，他们设计了一款CRISPR-Cas9基因编辑系统，能特异性地在这些DNA序列中切开口子。而细胞对这些口子进行修复时，就会留下特殊的印记，就好像条形码一样。
在研究中，科学家们设计了两种不同的小鼠，一种带有前面说到的特殊DNA序列，另一种则表达有Cas9蛋白，它负责对DNA的切割。这两种小鼠杂交后，在归巢向导RNA（homing guide RNA，hgRNA）的作用下，每一个细胞开始生成自己的独特条形码。
▲不同细胞会带有不同的“条形码”（图片来源：《科学》）
“在每一个分裂产生的细胞里，都有机会出现hgRNA的突变，” Kalhor博士解释道：“每次有新细胞生成时，这些细胞都会获得来自母细胞的突变，并生成属于自己的独有新突变。所以我们可以通过比较不同细胞的序列，了解它们之间的关系。”
研究人员们指出，虽然实验里只分析了小鼠胚胎里的全部细胞，但这些条形码足以涵盖成年小鼠中的100亿个细胞。
“现有的方法只能获得特定时间的‘快照’，因为你必须通过物理手段终止发育过程，了解不同阶段的细胞长成什么样。这就好像是观看电影里的单独几帧那样，” Church教授说道：“这款记录条形码的方法让我们能复原每个成熟细胞的完整发育过程，有点像将完整的电影倒放一样。”
“这个方法能让我们倒推出模式生物最终发育阶段到最初单细胞阶段的整个过程。这是个具有雄心的计划，需要许多实验室共同努力许多年才能实现。但这篇论文让我们朝着目标前进了重要一步。” Church教授补充说。
不少科学家指出，这是发育生物学领域的一个里程碑式突破。也许未来的某一天，我们能够反推出导致癌症的最初细胞，从而带来治疗、甚至治愈癌症的洞见！
本文题图来自：Pixabay
参考资料：
[1] R. Kalhor et al., (2018) Developmental barcoding of whole mouse via homing CRISPR, Science, DOI: 10.1126/science.aat9804
[2] CRISPR ‘barcodes’ map mammalian development in exquisite detail, Retrieved August 10, 2018, from https://www.nature.com/articles/d41586-018-05934-z
[3] Recording every cell's history in real-time with evolving genetic barcodes, Retrieved August 10, 2018, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-08/wifb-rec080818.php