基因组现在能够实时存储生物细胞内部发生的各种生物事件信息，类似于飞行数据记录仪从飞机中收集数据。这种名为ENGRAM的创新方法旨在将细胞转变为自己活动的历史记录者。ENGRAM将细胞内不同的生物信号或事件链接到一个符号条形码，使得这些信号在基因组中的追踪和归档成为可能。这种方法可以记录诸如激活或停用基因的指令等详细信息。
基因组现在可以用于实时保留细胞内瞬时生物事件的详细信息，类似于飞行数据记录仪如何捕获飞机上的信息。
“我们的方法，称为ENGRAM，旨在将细胞转变为它们自己的历史记录者，”华盛顿大学医学院的教授、布罗特曼·巴提精准医学研究所的科学主管杰伊·申杜尔博士解释道。申杜尔与前研究生陈伟和现已在纽约纪念斯隆-凯特琳癌症中心工作的前博士后研究员崔俊洪共同领导该项目。
ENGRAM代表基于增强子驱动的转录活动基因组记录，多重生物信号，借鉴了与记忆形成相关的神经科学术语。
一项展示ENGRAM能力的概念验证研究于7月17日在《自然》杂志上发表。
“ENGRAM将每个生物信号或事件与一个符号条形码关联，提供了一种与现有分子记录方法互补的新记录方式，”现在华盛顿大学医学蛋白质设计研究所的博士后研究员陈伟表示。
这一创新策略通过将这些数据整合到基因组中，以跟踪和存储生物信号的类型和时间。例如，它可以监测激活或停用基因的指令，为干细胞中的细胞分化过程提供洞察，同时揭示细胞功能及其进化影响。
申杜尔承认，创建细胞活动记录并不是一个新概念，但传统方法在同时监测多个信号以及记录它们发生的顺序方面面临挑战。
几年前，崔俊洪、申杜尔和他们的团队通过DNA打字机方法克服了部分障碍，使得能够有序地在DNA链上书写符号。然而，将生物意义编码到每个符号中仍然是一个挑战。
“DNA打字机就像一个具有多种符号的键盘。通过ENGRAM，我们将这些符号量身定制为各种感兴趣的生物信号，”申杜尔解释说。
在《自然》出版物中，申杜尔的团队展示了符号记录如何监测调节邻近基因表达的非编码DNA区域的行为。他们展示了ENGRAM和DNA打字机结合在多个基因调控元件中识别特定细胞类型活动的能力。
一些受监测区域涉及基因调控网络，这些网络对胚胎发育、应激反应、免疫反应和细胞生存至关重要。
在应用ENGRAM后，研究人员在实验室中连续记录小鼠干细胞形成胚胎类器官的过程，为细胞信号对胚胎发育的影响提供了洞察。
“受到CRISPR技术进展的启发，ENGRAM和DNA打字机都为增强基因组记录技术提供了新的机会，可能捕获完整的细胞历史，”崔说。
开发ENGRAM的科学家强调了进一步探索其能力和相关基于基因组的记录技术的必要性。
“这一策略在活系统中捕获生物数据，并且可以在不同领域广泛应用，而不仅限于癌症或神经科学等特定领域，”申杜尔补充道。
申杜尔强调了在《自然》论文中所展示研究的重要性，这有助于建立西雅图合成生物学中心，这是一项与阿伦研究所、陈-扎克伯格倡议和华盛顿大学合作的倡议。该项目由申杜尔领导，旨在开发跟踪细胞历史的技术。
《自然》研究的资金来自保罗·G·艾伦前沿集团、亚历克斯柠檬水摊基金会、国家人类基因组研究所（UM1HG011586，K99HG012973）和布罗特曼·巴提精准医学研究所的资助。申杜尔是霍华德·休斯医学研究所的研究员。
