由牛津納米孔技術公司、威爾康奈爾醫學院和紐約基因組中心組成的聯合專家團隊近日開發了一種新技術，能夠大規模地評估人類DNA 的三維結構，並摸清基因是如何折疊的。基因組是一套完整的遺傳信息，無論是RNA 還是DNA 都能對生物體發揮作用。

使用這項新技術，科研團隊可以觀察基因組中多個組同時相互作用的調控元素，而不是成對的元素，這對基因表達等細胞活動產生影響。他們的研究最近發表在《自然-生物技術》雜誌上，可能有助於澄清細胞特性和基因組結構之間的聯繫。

該論文的高級作者、紐約基因組中心的核心成員、威爾康奈爾醫學院病理學和實驗室醫學以及計算生物醫學副教授Marcin Imieliński 解釋說：“了解基因組的三維結構將幫助研究人員更好地了解基因組的功能，特別是了解不同細胞身份的編碼。我們研究基因組結構的方法給了我們驚人的洞察力，但也有關鍵的限制”。

此前檢查某個基因組三維機構，需要科研人員調查兩個基因組上的位點或物理位點彼此之間的互動頻率。但目前人類已經發現，稱之為“增強子”（enhancers）和“啟動子”（promoters）的這對基因組會相互作用以控制基因表達的組件。

而這些配對的信息會傳遞出不完整的基因結構和功能。Imieliński 博士舉例說道，將某個折疊的圖案和某種特定細胞身份（例如肝臟、肺或上皮細胞）的基因組聯繫起來一直就非常困難。科學家們推測，這種折疊會影響基因表達。他說：“但細胞類型是如何被編碼的，特別是在DNA的結構中，一直是個謎”。

這支Imieliski 博士帶領的科研團隊另一位重要人物是該論文的第一作者Aditya Deshpande，他是計算生物學和醫學的Tri-Institutional Ph.D. 畢業生，曾在Dr. Imieliski 實驗室工作。他創造了一種全新的全基因組檢測和算法，使他們能夠研究基因組的某個位點，而不是成對的。

科研團隊將Hi-C（染色質構象捕獲，通過DNA 和蛋白質組合以評估基因組三維結構的標準方法）技術改為納米孔測序，或對長而連續的DNA分子鏈進行高通量測序。這種新技術被命名為“Pore-C”，能夠讓研究人員檢查數以千萬計的基因組三維結構。

科研團隊還開發了統計方法，通過基因組是否相互合作以影響基因表達來確定哪些基因組是重要的。Imieliński 博士說：“基因組的許多三維互動並不重要。我們的分析方法幫助我們優先考慮可能對基因組功能很重要的群體相互作用”。作為該研究的一個關鍵發現，研究人員發現，最重要的DNA元素合作分組發生在與細胞身份相關的基因周圍。

未來的實驗將探索哪些特定的基因組元件分組對細胞特性的各個方面至關重要。這項新技術還可能幫助研究人員了解幹細胞（人體的未成熟主細胞）如何分化成不同的細胞類型。

此外，研究人員可能能夠更好地了解癌細胞的異常情況。Imieliński博士說：“在未來，這項技術可能真的有助於了解癌細胞基因組是如何重排的，以及這些重排如何驅動改變的細胞身份，使癌症得以生長和擴散”。