在顯微鏡發(fā)明之前，人類對于世界的觀察只局限于肉眼。當列文虎克使用他自制的顯微鏡觀察到細胞和微生物后，一個全新的微生物世界在人類眼前打開。此后，恩斯特·魯斯卡于1931年發(fā)明電子顯微鏡，使得人們能夠直接在原子水平觀察，顯微鏡將人類視野帶到了一個之前從未觸及的微觀世界，人類開始對自己和自己所處的這個世界有了更深入的認知。

顯微鏡可分為兩大類：光學顯微鏡和電子顯微鏡，人們早在幾百年前使用光學顯微鏡觀察到了細胞，近年來用冷凍電鏡觀察到了蛋白的三維立體結構，然而，這兩類顯微鏡都無法再基因組水平觀察細胞。

2019年6月20日，作為CRISPR基因編輯的奠基人之一的張鋒教授，在Cell雜志發(fā)表了一篇重磅論文，張鋒及其合作者開發(fā)了一種全新的顯微鏡：DNA顯微鏡。

DNA顯微鏡，不依賴光或任何類型的光學器件，通過獨特的成像模式，可將物理圖像編碼為DNA，并以精確的序列信息推斷細胞分辨率的原始轉錄物的物理圖像，從而實現在基因組水平上對細胞的觀察。

通過DNA顯微鏡，科學家們可以構建細胞圖像并同時積累大量的基因組信息。為人們提供了另一層之前無法看到的生物學世界。

論文題目：DNA Microscopy: Optics-free Spatio-genetic Imaging by a Stand-Alone Chemical Reaction.

使用DNA顯微鏡識別樣品中的不同細胞（圖中不同的彩色的點）

使用DNA顯微鏡（下圖左），可以準確地重建用熒光顯微鏡捕獲的細胞圖像（下圖右），比例尺=100微米。

顯微原理

使用DNA顯微鏡獲取一個完整的細胞圖片，可以說非常簡單，只需要一個樣本和和一個移液器。

首先，將實驗室中培養(yǎng)的細胞固定在反應室中。 然后，添加各種各樣的DNA條形碼。 它們連接上RNA分子，給每個分子一個獨特的標簽。接下來，該團隊使用化學反應來制作每個標記分子的越來越多的副本，一個從每個分子的原始位置擴展出來的不斷增長的分子堆。

最終，標記的分子與其他標記的分子碰撞，迫使它們成對連接在一起。 彼此靠近的分子更容易碰撞，產生更多的DNA對。分開的分子將產生更少的DNA對。

大約花費30個小時的時間后，DNA測序儀拼出樣品中每個分子的堿基。然后通過該團隊創(chuàng)建的算法解碼數據，將每個原始樣本中約5000萬個基因序列的DNA堿基轉換為圖像。

這樣，就可以完全重建在光學顯微鏡下看見的東西。

應用前景

張鋒認為，每個細胞都是由獨特的DNA序列或基因型組成，使用DNA顯微鏡可以直接從被研究得分子中捕獲信息，DNA顯微鏡開辟了一種將基因型和表型聯(lián)系起來得全新方法。

Aviv Regev認為，DNA顯微鏡的有著無限的可能性，希望它能夠激發(fā)人們的想象力，去開發(fā)更大更多我們從未想過的創(chuàng)意。

論文的第一作者Weinstein認為，有一天DNA顯微鏡可以讓科學家加速免疫療法治療的發(fā)展，幫助患者免疫系統(tǒng)對抗癌癥，該方法可能潛在地識別出最適合靶向特定癌細胞的免疫細胞。這種新型顯微鏡類別，不僅僅是一種新技術，更是一種我們以前從未考慮過的顯微方式。

該論文早在2018年11月9日，就已在預印本網站 BioRxiv 上線，這次是正式發(fā)表于Cell雜志。

上線時間：2018年11月19日

該研究的通訊作者：張鋒、Aviv Regev

出生于1982年的張鋒，是麻省理工學院終身教授，CRISPR基因編輯開創(chuàng)者之一，上市公司Editas Medicine的創(chuàng)始人，當今最為人所關注的華人生物學家。

張鋒的科研生涯可謂傳奇，2004年-2011年，張鋒在斯坦福大學神經科學家 Karl Deisseroth 教授實驗讀博和學習，在此期間，Karl Deisseroth教授同張鋒等人開創(chuàng)了光遺傳學這一全新的研究領域。

2011年，張鋒加入麻省理工學院，開始自己的獨立科研生涯，2013年，張鋒首次將CRISPR/Cas9基因編輯技術成功應用與哺乳動物和人類細胞，從此，張鋒隨著CRISPR一起大放異彩。

年僅30歲的他就參與開創(chuàng)了兩項熱門技術領域（光遺傳學和CRISPR）。

這一次，張鋒又開創(chuàng)了一類新型顯微鏡。

要知道，顯微鏡技術一共獲得過6次諾貝爾獎，三次獲物理獎，三次獲化學獎。分別是：

1953年的物理學獎頒給了相位差顯微鏡，1982年的化學獎頒給了晶體電子顯微技術，1986年的諾貝爾物理學獎頒給了電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡，2014年的諾貝爾化學獎頒給了超分辨率熒光顯微鏡，2017年諾貝爾化學獎頒給了冷凍電子顯微鏡技術。

現在我們可能要討論他會因基因編輯還是DNA顯微鏡獲得諾貝爾獎了。