这项新技术“就像哈勃升级到詹姆斯·韦伯。”

一种新的成像技术以前所未有的细节捕捉了人类基因组的三维结构，展示了单个基因是如何在核小体水平上折叠的，核小体是构成基因组三维结构的基本单元。这项技术是由巴塞罗那基因组调控中心(CRG)和生物医学研究所(IRB Barcelona)的研究人员发明的，它将高分辨率显微镜与复杂的计算机建模相结合。这是迄今为止研究基因形状最全面的技术。这项新技术允许研究人员创建并数字化导航基因的三维模型，不仅可以看到它们的结构，还可以看到它们如何移动或灵活程度的信息。了解基因的功能可能有助于我们更好地理解它们是如何影响人体健康和疾病的，因为几乎每一种人类疾病都有一些遗传基础。

使用常规显微镜可视化NANOG基因的结构，显示为一个明亮的绿色点，与使用可以成像单个基因的MiOS进行比较。MiOS在分辨率上大约好10倍，而且还详细描述了用传统方法无法识别的结构的关键方面。

科学家最终将能够利用这些知识来预测基因出现问题时会发生什么，比如将导致疾病的基因结构差异编目。这种方法可能被用于测试改变异常基因形状的药物，有助于开发各种疾病的新疗法。

这项技术是用于研究生物体的成像技术的下一个发展，该技术最早始于400多年前显微镜的发明。它们在促进医学和人类健康方面发挥了至关重要的作用，例如，Robert Hooke第一次用它来描述细胞，后来圣地亚哥Ramón y Cajal用它来识别神经元。尽管光学显微镜取得了巨大的进步，但它的局限性早在1873年就很明显了，当时研究人员规定光学显微镜的最大分辨率不能超过0.2微米。

这一物理极限在21世纪被超分辨率显微镜的发明所克服，这一突破被授予2014年的诺贝尔化学奖。利用荧光，研究人员扩展了光学显微镜的极限，捕捉到了20纳米的事件，这一壮举揭示了生命在前所未有的分子尺度上是如何运作的。

超分辨率显微镜改变了生物医学研究的进程，使科学家能够跟踪各种疾病中的蛋白质。它还使研究人员能够研究调控基因表达的分子事件。科学家们现在希望在这项技术的基础上进一步增加更多的信息层。

研究人员假设，采用超分辨率显微镜并将其与先进的计算工具相结合，可能是研究基因形状和功能所需的细节水平成像基因的一种方法。一个跨学科的科学家团队分享了他们的专业知识，创造了一种名为Modeling immuno-OligoSTORM(简称MiOS)的新技术。

这两个研究小组是巴塞罗那科技学院(BIST) Ignite Call的一部分，该项目旨在促进不同科学领域之间的知识交流，并探索解决复杂问题的新方法。

“我们的计算建模策略整合了来自DNA测序技术和超分辨率显微镜的数据，以超出核小体大小的分辨率提供了基因3D形状的基本图片(或电影)，达到了详细了解染色质和其他细胞因子之间相互作用所需的尺度，”Juan Pablo Arcon博士说，他是该工作的共同第一作者和巴塞罗那IRB的博士后研究员。

作为概念的证明，研究团队使用MiOS提供了关于关键家务管理和多能性基因的位置、形状和压缩的新见解，揭示了仅用传统技术无法捕捉到的新结构和细节。研究结果发表在《Nature Structural & Molecular Biology》杂志上。该研究的通讯作者包括CRG的ICREA研究教授Pia Cosma和巴塞罗那IRB的Modesto Orozco教授，以及此前巴塞罗那IRB的研究员Pablo Dans，他目前就职于共和国大学(乌拉圭)和蒙得维的亚巴斯德研究所。

“我们表明，MiOS提供了前所未有的细节，帮助研究人员虚拟导航基因内部，揭示了它们是如何在一个全新的规模上组织的。这就像从哈勃太空望远镜升级到詹姆斯·韦伯望远镜，但我们将探索的不是遥远的恒星，而是人类细胞核内最深处，”维姬·内古博尔博士说，她是该研究的第一合著者和共同通信作者，也是CRG的研究员。

虽然许多基于基因组的研究已经改变了我们诊断、治疗或预防疾病的方式，但MiOS的影响更为长期。通过揭示基因是如何在纳米尺度上工作以及它们是如何被调节的，这项技术将使科学实验室中的新发现成为可能，其中一些可能最终转化为临床实践。

该研究团队已经通过探索对人类发展很重要的基因来利用MiOS。该团队还将继续进一步开发MiOS，增加额外的功能，例如，可以检测转录因子(参与DNA转化或转录成RNA过程的蛋白质)如何与DNA结合。       

参考文献:MiOS, an integrated imaging and computational strategy to model gene folding with nucleosome resolution