麻省理工學院的工程師挑戰了生物學中的一個核心理念，顯示表觀遺傳記憶並非簡單的二元狀態。這項研究揭示細胞不僅僅是將基因鎖定在「開」或「關」的狀態，而是能夠在一個光譜的多個點上凍結基因表達，這開啟了關於細胞如何定義自身身份的新問題。數十年來，科學家們一直認為 DNA 甲基化會將基因固定在永久的開或關狀態。這一過程使細胞能夠「記住」自身的身份，並防止例如皮膚細胞轉變為神經元等情況的發生。
麻省理工學院機械與生物工程學教授 Domitilla Del Vecchio 表示，團隊觀察到了意想不到的現象。她提到：「教科書上的理解是，DNA 甲基化的作用是鎖定基因在開或關的狀態。我們以為這是教條。但隨著研究的深入，我們開始看到一些與此不一致的結果。」她的小組對倉鼠卵巢細胞進行了工程改造，使其在不同水平上表達目標基因。有些細胞因為高活性而發出明亮的光，另一些細胞則因表達較弱而顯得暗淡，還有一些細胞則完全關閉。
當研究人員引入短暫的 DNA 甲基化時，他們預期基因活性會向某一極端漂移，但結果卻是細胞保持了其初始設置。Del Vecchio 說：「我們的螢光標記是藍色的，我們看到細胞在整個光譜中發光，從非常明亮的藍色到逐漸變暗，甚至完全不發光。每個強度級別都隨時間保持不變，這意味著基因表達是分級的，或是類比的，而不是二元的。」
早期的研究暗示某些細胞可能會在部分表達中「凍結」。許多科學家假設這是一種暫時的狀態，但麻省理工學院的研究人員顯示這些中間水平的存在持續超過五個月。主要作者 Sebastian Palacios 解釋了思維的轉變，他說：「我們發現有一個細胞光譜，表達任何介於開和關之間的水平。我們在想，這是怎麼可能的？」這些發現表明細胞可能採取比先前認為的更為多樣化和穩定的狀態。
Del Vecchio 認為，這些被忽視的細胞身份可能在健康和疾病中扮演重要角色。她指出：「我們的發現開啟了細胞通過鎖定基因在特定水平的基因表達來承諾其最終身份的可能性，而不僅僅是開或關。這意味著我們體內可能有比我們今天所知的更多的細胞類型。」這一發現為理解癌症及其療法抵抗提供了新的維度，因為細胞常常通過轉變狀態來逃避治療。此外，這也為合成生物學家提供了新的工具，以精確設計組織和器官。
加州理工學院教授 Michael Elowitz 讚揚了這項工作，表示：「Del Vecchio 和同事們美妙地展示了如何通過對 DNA 本身的化學修飾來產生類比記憶。因此，我們現在可以想像在合成生物學領域中重新利用這一自然的類比記憶機制。」Palacios 稱這項發現為「驚人」，並補充道：「我認為我們將會發現這種類比記憶與生物學中的許多不同過程都是相關的。」該研究得到了美國國家科學基金會、MODULUS 及美國海軍研究辦公室的 Vannevar Bush 教職員獎學金的支持，研究結果已發表在《Cell Genomics》期刊上。
