鲲羽科普|整点“新花样”：基于FISH技术的新方案新应用（二）

上篇我们介绍了基因检测"普及化"的CRISPR-CISH和"精准化"的dGH™技术【新方案新应用一】。今天，我们将继续探索另外两项基于FISH的新技术——能够在活细胞中实现基因"实况转播"的Oligo-LiveFISH，以及能够从复杂环境中挖掘功能微生物的FISH-scRACS-Seq。这些技术正在帮助科学家们以前所未有的方式观察和理解生命过程。

1、Oligo-LiveFISH：抓的更生动

意大利那不勒斯大学开发的Oligo-LiveFISH技术，让实时窥视活细胞中基因的动态变成现实。技术巧妙地将192条荧光标记gRNA与dCas9蛋白组装成"分子探针群"，通过协同定位，精准锁定并实时追踪目标基因的一举一动。

图1 :Oligo-LiveFISH工作原理示意图(来源：Zhu, Yanyu et al. Cell, Volume 188, Issue 12, 3310 - 3328.e27)

Oligo-LiveFISH技术有三大创新点：

1）探针优化设计：融合GC含量、表观遗传特征等15种参数，通过机器学习优化gRNA设计，确保标记特异性。

2）高效递送系统：采用电穿孔技术，实现对原代神经元、T细胞等难转染细胞的高效标记。

3）多探针协同：192条gRNA共同靶向一个区域，在增强信号的同时有效减少单点脱靶风险。

Oligo-LiveFISH实现了空前性能指标：空间分辨率20纳米（约病毒尺寸），时间分辨率50毫秒（每秒20帧）；持续追踪观测时间长达72小时（原代T细胞）。这意味着，Oligo-LiveFISH首次在纳米尺度、毫秒级时间范围内，实现对基因动态的原位捕捉。

2、FISH-scRACS-Seq：挖掘更精准

与Oligo-LiveFISH在微观细胞领域的成就相呼应，中国青岛能源所于2025年开发的FISH-scRACS-Seq技术，则在环境微生物领域取得了关键突破。这项技术通过将FISH的物种识别能力与单细胞拉曼的代谢功能分析相结合，实现“物种-代谢”双靶向筛选，解决了从复杂环境中精准挖掘特定功能微生物的长期难题。

图2：FISH-scRACS-Seq工作流程（来源：Jing X et al. Innovation (Camb). 2025 Jan 16;6(3):100759.）

FISH-scRACS-Seq根本创新在于建立了从生态功能到酶催化机制的完整解析体系。该技术通过融合FISH的物种识别与单细胞拉曼的代谢分析，实现了复杂环境中微生物的双靶向筛选。其核心构建了从生态特征、细胞功能、基因组信息、酶系统到催化机制的“五级关联”，系统打通了从发现到机理的研究路径。在渤海油田污染修复案例中，该技术成功分离出一株能够在4°C降解环己烷的假交替单胞菌（Pseudoalteromonas fuliginea），不仅鉴定出其关键酶P450PsFu酶（CYP236A亚家族），更揭示了其15 μmol/min/mg的高效催化机制。宏基因组分析显示，这类酶虽广泛存在于全球低温海域，但丰度极低(<0.01%)，因而成为传统宏基因组挖掘方法的盲区，而FISH-scRACS-Seq技术则将目标菌的分离效率提升了整整100倍。

图3：P450PsFu酶三维结构模拟图(来源：Jing X et al. Innovation (Camb). 2025 Jan 16;6(3):100759.)

3、总结

从让基因检测变得更加普惠的CRISPR-CISH，到能够看清染色体细微结构异常的dGH™，从实现活细胞内基因"实况转播"的Oligo-LiveFISH，到能够从复杂环境中精准挖掘功能微生物的FISH-scRACS-Seq——这四项基于FISH这一经久不衰的技术正在通过技术交叉从多个维度推动生命科学研究和医学诊断的进步。它们昭示着一个更精准、更普惠的未来：我们不仅能够以前所未有的清晰度理解生命，还能将这些知识转化为应对健康与环境挑战的强大工具。

正如一位科学家所言，我们正步入“观察生命的黄金时代”，这些技术如同更强大的显微镜，正将想象照进现实。

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4、参考文献

1）Zhu Y, Balaji A, Han M, et al. High-resolution dynamic imaging of chromatin DNA communication using Oligo-LiveFISH. Cell. 2025;188(12):3310-3328.e27.

2）Jing X, Gong Y, Diao Z, et al. Phylogeny-metabolism dual-directed single-cell genomics for dissecting and mining ecosystem function by FISH-scRACS-seq. Innovation (Camb). 2025;6(3):100759.