癌症研究、药物安全测试和衰老生物学或将因乌得勒支大学开发的一种新型荧光传感器而获得重大推动。这种新工具使科学家能够在活细胞内实时观察DNA损伤和修复过程。这项成果为此前无法进行的实验打开了大门，今日发表于《自然·通讯》杂志。
我们细胞内的DNA不断受到阳光、化学物质、辐射或维持生命的各种过程的损害。通常，细胞能快速高效地修复这些损伤。但当修复失败时，后果可能很严重，导致衰老、癌症和其他疾病。
然而，迄今为止，科学家们一直难以实时观察这些修复过程。大多数方法需要在不同时间点杀死并固定细胞，只能提供过程的快照。
DNA损伤传感器
乌得勒支大学的研究人员现已开发出一种彻底改变这一局面的工具。他们研制的DNA损伤传感器使科学家能够观察损伤在活细胞甚至活体生物中形成和消失的过程。这项本周发表在《自然·通讯》上的研究，开启了此前不可能进行的实验之门。
首席研究员通贾伊·鲍贝克（Tuncay Baubec）将这一创新描述为“不干扰细胞”即可观察细胞内部的方法。他解释说，现有工具如抗体或纳米抗体往往与DNA结合过于紧密。一旦附着，它们可能会干扰细胞自身的修复机制。
我们的传感器不同。它由细胞自身使用的天然蛋白质的部分构建而成。它会自行附着和脱离损伤位点，因此我们看到的是细胞的真实行为。
首席研究员通贾伊·鲍贝克
“这一定会成功”
该传感器通过将一个荧光标签附着在细胞自身蛋白质的一个微小结构域上而工作。该结构域会短暂结合到受损DNA上出现的标记物。由于这种相互作用温和且可逆，它能在不阻断修复过程的情况下照亮损伤部位。
负责设计和测试该工具的生物学家里查德·卡多索·达席尔瓦（Richard Cardoso Da Silva）清晰地记得他意识到取得重大突破的时刻。“我正在测试一些药物，看到传感器在商业抗体标记的位置亮起，”他说，“那一刻我想：这一定会成功。”
更真实的观察视角
与早期方法相比，差异极为显著。科学家们无需再通过十次独立实验捕捉十个时间点，现在可以将整个修复过程作为连续动态影像进行跟踪。他们能够观察损伤何时出现、修复蛋白如何快速抵达以及细胞最终如何解决问题。“你获得了更多数据、更高分辨率，更重要的是，能真实反映活细胞内部实际发生的情况，”卡多索·达席尔瓦表示。
从实验室细胞到活体生物
该团队的研究并未止步于培养细胞。乌得勒支大学的合作者在生物学中广泛使用的秀丽隐杆线虫（C. elegans）活体生物中测试了该蛋白质。传感器在此表现同样优异，并揭示了线虫发育过程中形成的程序性DNA断裂。对鲍贝克而言，这是关键突破。“它证明该工具不仅适用于实验室细胞，还能用于真实活体生物。”
探索影响修复的因素
现在，研究可能性已远超单纯观察修复过程。该蛋白质可自由连接其他分子部件，这意味着研究人员能绘制DNA损伤在基因组中的发生位置，并识别聚集在损伤点周围的蛋白质。他们甚至能将受损DNA移动至细胞核内不同位置，以探究影响修复的因素。“取决于你的创意和问题，这个工具有多种应用方式，”卡多索·达席尔瓦说。
提升医学研究准确性
尽管该传感器本身并非医疗手段，但它可能深刻影响医学研究。许多癌症疗法通过故意损伤肿瘤细胞的DNA发挥作用。在早期药物开发中，科学家需精确测量化合物引起的DNA损伤程度。
“目前临床研究人员常使用抗体进行评估，”鲍贝克表示，“我们的工具可使这些测试更廉价、更快速且更准确。”研究人员还设想将其应用于临床实践，从研究自然衰老过程到检测辐射或致突变暴露。
面向所有研究者开放
该工具已引起广泛关注。甚至在论文发表前，其他实验室就主动联系研究团队，迫切希望将其用于自身DNA修复研究。为支持这一需求，团队已将工具完全公开。鲍贝克表示：“所有资源均已上线，科学家可立即使用。”
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