科學家造出“細胞黑匣子”：你的每個昨天，都被細胞記住了

導語：
你猜，細胞有沒有“記憶”？它能記住自己一周前“做過”什么嗎？現在，科學家真的給細胞裝上了“時間膠囊”！一項剛剛登上《科學》雜志的突破，可能徹底改變我們觀測生命的方式。

核糖體（如圖所示）通過將信使RNA（mRNA）翻譯成氨基酸鏈來合成蛋

細胞“記憶體”問世：記錄生命每時每刻

我們體內的細胞時刻在變。想研究它們的動態，科學家以前只有兩種“笨辦法”：要么像看直播一樣用顯微鏡追蹤（但只能看少數幾個目標），要么像法醫一樣在實驗結束后“解剖”細胞，費力還原過去。

現在，第三種方法來了——讓細胞自己寫“日記”。

哈佛大學的科學家團隊，從一種細胞內40年來功能成謎的“神秘柜子”——vault結構中獲得靈感，成功將其改造為“TimeVault”（時間保險庫）。它能像錄音機一樣，實時捕獲并儲存細胞在特定時間段內產生的所有mRNA（信使RNA）分子。

簡單說，mRNA是細胞執行功能的“工作記憶單”。記錄了它，就等于拿到了細胞在過去一段時間內的“活動日志”。

靈感竟來自YouTube？“神秘柜子”變身記

這個絕妙想法的誕生，居然有點偶然。課題組一位學生在YouTube上刷到了一個叫“Vault Guy”（穹頂小子）的頻道。頻道主理人，正是上世紀80年代共同發現vault結構的UCLA細胞生物學家 Leonard Rome。

這種桶狀結構存在于幾乎所有哺乳動物細胞中，數量成千上萬，但幾十年來，沒人知道它到底有什么用。

“何不把它變成一個‘時間膠囊’？”這個想法擊中了團隊。他們重新設計了一種vault蛋白，讓它能識別并“抓捕”帶有特定分子標記的mRNA。給細胞施加一種藥物，就等于按下“錄制鍵”；撤掉藥物，錄制停止。這些被抓捕的mRNA分子，就能在vault這個“保險箱”里安全儲存至少一周。

更神奇的是，裝著“記憶”的細胞一切正常，vault結構本身也形狀不變。“它們開心得很。”論文通訊作者 Fei Chen 如此描述。

不僅能記錄，還能“破案”：揪出癌癥最頑固細胞

這項技術不只是個酷玩具，它立刻被用于解決一個癌癥治療的棘手難題——持久性細胞。

有些癌細胞，并沒有產生耐藥基因突變，卻能在藥物猛攻下“幽靈般”存活下來，導致癌癥復發。一個假說是，這些細胞在用藥前，就有著獨特的“工作記憶”（mRNA模式），讓它們提前做好了頑抗準備。

但要驗證這一點極其困難，因為藥物本身會引起海量的細胞反應，真假信號混作一團。

現在，有了TimeVault，科學家能在用藥前，就悄悄記錄下這些未來“頑固分子”的活動。通過對肺癌細胞的研究，團隊成功鎖定了數百個在用藥前就異常活躍的基因。當他們抑制其中幾個最活躍的基因后，抗癌藥物的殺傷效果顯著提升！

這意味著，我們或許找到了讓癌癥治療更徹底的新靶點。

未來已來：打開觀察生命的全新維度

這項研究讓整個學界興奮不已。

蘇黎世聯邦理工學院的生物工程師 Randall Platt 評價：“這是實現領域長期目標——持續記錄人體細胞轉錄活動的重大一步。”

華盛頓大學的基因組科學家 Jay Shendure 則贊嘆這需要“一些創造力和一些膽量”。他認為TimeVault將成為現有CRISPR記錄技術的有力補充，并暢想未來：這個“柜子”是不是也能存儲蛋白質等其他生命記憶？

得克薩斯州的合成生物學家 Theresa Loveless 已經等不及想用上這項技術了：“我對著這篇論文超級興奮！”

從干細胞如何分化的奧秘，到神經細胞如何形成記憶，TimeVault為我們打開了一扇觀察生命動態歷史的嶄新窗口。細胞的“黑匣子”已經就位，更多生命的秘密，正等待被讀取。

本文編譯自《自然》新聞，發布于《科學》雜志
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