著名學者莊小威連發Science、PNAS

　　在單個細胞中了解轉錄組的表達譜和空間景觀，是全面認識細胞行為的基礎。去年4月，著名學者莊小威（Xiaowei Zhuang）領導研究團隊在《Science》雜志上發表了一項突破性的單分子成像技術，MERFISH（multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization）。該技術可以在單細胞水平上實現空間分辨的高度多重化RNA分析，打破了目前的技術限制。

　　近期，該研究團隊對MERFISH技術進行了改進，將測量吞吐量提高了兩個數量級，并能在一次單一的18小時測量中，進行了大約4000個人類細胞的基因表達譜分析。這一研究成果發布在9月13日的《PNAS》雜志上。

　　這篇論文的通訊作者、哈佛大學著名華人女科學家莊小威，早年畢業于中國科技大學少年班，34歲時成為了哈佛大學的化學和物理雙學科正教授，是哈佛物理系和化學系少有的雙科教授。2012年莊教授當選為美國國家科學院院士，刷新了美國科學院最年輕華人院士的紀錄。她所研發的超高分辨率技術STORM與諾獎得主Eric Betzig的成果不相伯仲，卻和2014年的諾貝爾化學擦肩而過。

　　在這項新研究中，作者指出，基于圖像的單細胞轉錄組學方法——其通過成像來實地確定和計量RNA，已成為基于分離細胞RNA測序的單細胞方法的一個有力補充。這些以圖像為基礎的方法，可自然而然地保護一個細胞內的RNAs空間布局，以及組織內的細胞構架，這對于許多生物學問題的解決來說，是非常重要的。然而，這些基于圖像的方法其吞吐量相對較低。

　　MERFISH是一個高度多重化的smFISH成像方法，可以在單個細胞中鑒定數千種RNA的拷貝數和空間定位。他們使用組合標簽、連續成像等技術來提高檢測通量，還通過error-robust編碼方案，來抵消單分子標記和檢測錯誤。在這項研究中，研究人員通過改進，將MERFISH的吞吐量增加了兩個數量級，包括采用化學裂解而不是光漂白來去除連續兩輪smFISH成像之間的熒光信號、增加成像的視場、采用多色成像。有了這些改進，他們在超過100000個人類細胞中進行了RNA分析，在一次單一的18小時測量中分析了多達40000個細胞。這種吞吐量將充分擴展通過MERFISH得以解決的生物學問題的范圍。

　　在上個月，莊小威帶領哈佛大學的研究人員，開發出一種成像方法，繪制出了單條染色體上多個區域的位置，研究結果揭示出了一些染色質結構域和隔間（compartment）的空間組織。這一研究成果發布在8月5日的《科學》（Science）雜志上。

　　每年，莊小威都會領導課題組在Science、Nature、Cell三大期刊上發布一些她們取得的重大科研突破。2016年，其研究組已連接取得了一系列引人注目的研究成果。

　　1月，莊小威的研究小組采用超分辨率成像揭示出了不同表觀遺傳狀態的獨特染色質折疊。這一重要的成果發布Nature雜志上。2月，莊小威教授與美國石溪大學助理教授Jarrod B. French，康寧公司的Ye Fang，以及賓夕法尼亞州立大學的Stephen J. Benkovic教授合作，揭示出了嘌呤體（Purinosome）與線粒體之間的空間共定位及功能上的關聯。這一重要的研究發現發布在Science雜志上。

　　5月5日，她領導哈佛大學的研究人員在活細胞中實時成像了單個mRNA分子翻譯。這一重大的突破性成果發布在Cell雜志上。5月9日，證實基于肌動蛋白（actin）-血影蛋白（spectrin）的周期性膜骨架普遍存在于廣泛的神經細胞類型和動物物種中。這一研究發現發布在PNAS上。5月20日，莊小威帶領的研究小組在國際著名學術期刊《eLife》發表研究成果。這項研究使用超高分辨率顯微鏡來影像大腸桿菌轉錄組，并觀察到了RNA的全基因組空間組織。