细胞的“时光胶囊”：记录它们过往的秘密经历

如图所示，核糖体通过将信使RNA（mRNA）翻译成氨基酸链来合成蛋白质。（图片来源：Christoph Burgstedt/Science Photo Library）研究人员研发出一种细胞“时间胶囊”，能够收集并储存细胞过往活动的“记忆”。这种被称为TimeVaults的细胞储存单元，或有助于揭开癌症耐药性、干细胞生物学等领域的秘密，更广泛地说，还能揭示过往事件如何塑造细胞未来。相关研究成果发表于今日的《科学》杂志。

TimeVaults由一种名为vaults的神秘细胞结构改造而成，经过修饰后可收集并储存基因转录的分子产物——信使RNA（mRNA）分子。瑞士苏黎世联邦理工学院的生物工程师兰德尔·普拉特表示：“这是朝着该领域长期目标迈出的重要一步，即实现对人类细胞转录过程的持续记录。我预计TimeVaults将让我们观察到以往无法触及的生物学层面。”

细胞记录仪：细胞处于不断变化之中。研究人员通常通过两种方式研究其动态变化。一种是在显微镜下实时观察，利用荧光标记可追踪有限种类的分子数天；另一种是在实验结束等单一时间点，通过试管检测mRNA分子，并与其他细胞对比来“重建过往”。

过去十年，研究人员开发了多种“细胞记录仪”（许多基于CRISPR基因编辑技术），用于创建瞬时事件的永久遗传记录，例如特定分子通路随时间的活动情况。之后可通过基因组测序读取这些记录，识别编辑痕迹，从而构建细胞事件的时间线。但哈佛大学（位于马萨诸塞州剑桥市）的单细胞与基因组生物学研究员费 Chen指出，这些方法存在缺点：研究人员需提前确定要监测的事件。

为寻找能无偏记录细胞整个生命周期的方法，Chen及其团队从YouTube上获得了灵感。他实验室的一名学生偶然看到了伦纳德·罗马（网名“Vault Guy”）的介绍。罗马是加州大学洛杉矶分校的细胞生物学家，运营着一个关于vaults的教育性YouTube频道。vaults是一种神秘的桶状细胞器，罗马在20世纪80年代参与发现了它，大多数哺乳动物细胞中都有成千上万个vaults，但至今其功能仍是未解之谜。

为将vaults改造成时间胶囊，Chen团队对一种vault蛋白进行了重新设计，使其能识别并结合mRNA分子的某种分子标记，从而将mRNA捕获到vault内部。这种蛋白的产生——相当于按下“记录”按钮——可通过药物处理细胞来启动，停药则停止。

Chen团队发现，经改造后，TimeVaults能在24小时内捕获人类细胞系产生的部分mRNA分子，并将其储存至少一周。研究未发现携带TimeVaults的细胞因储存mRNA而出现异常行为，桶状结构装满后也未改变形状或大小。“它们（细胞）非常‘适应’，”Chen说。

实际应用：Chen团队才刚开始试用这项发明。在《科学》论文中，他们利用TimeVaults研究并试图攻克一种名为“persisters”的恶性癌细胞。这类细胞没有能逃避靶向抗癌药物的基因突变，却能以某种方式在药物治疗中存活下来。