给细胞装上“天眼”，《Nature》揭示染色体不稳定的起源之谜|HRC Fertility

近日，国际期刊《Nature》发表了一项里程碑式的研究，科学家们成功开发出一套名为“MAGIC”的自动化侦探系统，实现了在数以万计的活细胞中，实时追踪并锁定那些引发基因组混乱的“罪魁祸首”。这项研究如同给细胞核装上了“天眼”，以前所未有的清晰度，揭示了癌症等疾病中染色体不稳定性的起源之谜。

“自动化侦探”横空出世，大海捞针成为历史

长期以来，科学家们试图理解细胞为何以及如何“犯错”——即发生染色体不稳定性。然而，这些关键事件极其罕见且转瞬即逝，在大量正常细胞中寻找它们，犹如大海捞针。

为了突破这一世纪困境，研究团队构建了名为MAGIC的颠覆性平台。它巧妙地将活细胞成像、机器学习和单细胞基因组学三大技术融为一体，形成了一套全自动、高通量的工作流水线。MAGIC能不知疲倦地巡逻、识别、标记并“抓捕”那些出现异常微核的“嫌疑细胞”，通过高精度测序“审讯”其基因组。这一技术使得大规模研究自发的、罕见的细胞错误事件成为可能，将领域带入了“大数据”时代。

锁定双着丝粒染色体

凭借MAGIC这把“利器”，研究人员很快锁定了驱动染色体不稳定的关键“元凶”——双着丝粒染色体。这种异常染色体拥有两个“着丝粒”(染色体的牵引点)。在细胞分裂时，它就像一场激烈的“拔河比赛”，被来自细胞两极的力量同时拉扯，无法正常分离，终被撕裂。

更可怕的是，这种断裂会开启一个名为“断裂-融合-桥循环”的死亡魔咒。断裂产生的染色体末端不稳定，极易在下一次复制后重新融合，形成新的双着丝粒染色体，从而周而复始地制造基因组的重排、扩增与缺失。研究表明，这一循环是细胞基因组陷入万劫不复混乱的核心引擎。

MAGIC平台的建立，回答了一系列长期悬而未决的科学问题，它为我们开启了一扇新的大门。未来，科学家可以借此研究更多癌症类型、探索环境因素如何诱发基因组错误，并有望追踪更神秘的染色体外DNA等的起源。这项研究让我们得以窥见生命基础的遗传物质是如何从起初一步走向失序的，这将为未来癌症的早期诊断、预防和开发全新策略带来无限希望。

换到辅助生殖领域，MAGIC平台带来了什么样的新希望?

MAGIC平台的核心优势在于实时、动态、自动化地捕捉罕见事件。将其应用于胚胎研究，或可实时观测错误发生：像“监控录像”一样，持续观察从受精卵到囊胚的整个分裂过程，捕捉关键瞬间。精确记录是在哪一次细胞分裂中出现了染色体分离错误(不分离)、滞后染色体或微核形成。

也许在未来，通过MAGIC的海量数据，可以发现哪些早期的、动态的细胞分裂行为特征(如分裂速度、纺锤体形态、染色体分离同步性等)能够高度预测胚胎的染色体是否正常。这有望在未来建立一套基于延时摄影的、无创的染色体评估体系，减少对胚胎活检的依赖。

参考文献：

[1] Cosenza,M.R.,Gaiatto,A.,Erarslan Uysal,B.et al.Origins of chromosome instability unveiled by coupled imaging and genomics.Nature(2025).

 

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