MarcosSimões-Costa在巴西长大，经常拜访祖父母在亚马逊的农场。沉浸在大自然中——嘎嘎叫的巨嘴鸟等等——激发了他对科学和进化的迷恋。但是在他的中学科学课上播放的一段胚胎发育视频坚定了他成为发育生物学家的愿望。

“这是一个如此美好的过程，”他说。“我一直很喜欢绘画和艺术，它非常直观——胚胎的形状在变化，事实上你是从一个细胞开始的，而且复杂性在增加。我只是迷失在那个视频中。”

今天，哈佛医学院和波士顿儿童医院的Simões-Costa通过揭开胚胎发育的神秘面纱来纪念他年轻的自己。他研究鸟类和老鼠的胚胎和干细胞，以了解基因网络和控制它们的元素如何影响细胞的特性。这项工作可能会导致包括癌症在内的各种疾病的新疗法。

“胚胎是我们最好的老师，”他说。

Simões-Costa专注于胚胎的神经嵴细胞，这是在发育中的中枢神经系统中形成的干细胞群。这些细胞迁移到胚胎的其他部分并产生许多不同的细胞类型，从面部的骨细胞到肌肉细胞再到大脑和神经细胞。

多年来，科学家们一直想知道为什么胚胎颅骨区域的神经嵴细胞尽管非常相似，却可以形成骨骼和软骨，而躯干区域的神经嵴细胞两者都不能形成。在加州理工学院做博士后期间，Simões-Costa研究了控制基因在每种细胞类型中表达方式的分子级联。他与他的顾问、发育生物学家玛丽安·布朗纳(MarianneBronner)一起，确定了转录因子——可以打开和关闭基因的蛋白质——只存在于颅骨细胞中。将这些蛋白质的基因移植到躯干细胞中，使这些细胞能够产生软骨和骨骼。

现在在他自己的实验室里，他继续拼凑这个庞大的监管网络如何影响细胞的专业化。他的团队重建了神经嵴细胞的全套遗传指令或基因组如何折叠成紧凑的3-D形状。研究人员确定了称为增强子的短DNA序列，它们位于基因组的遥远区域，但在基因组折叠时最终靠近关键基因。这些增强子与转录因子和其他调节元件一起工作以控制基因活性。

Simões-Costa还使用神经嵴细胞来阐明癌细胞和一些胚胎细胞共有的奇怪行为。即使存在氧气，这些细胞也会在没有氧气的情况下通过厌氧方式产生能量。这种代谢过程被称为Warburg效应，已在癌细胞中进行了广泛研究，但其功能仍不清楚。

通过控制神经嵴细胞新陈代谢的实验，Simões-Costa的团队发现，Warburg效应对于细胞在早期发育过程中的移动是必不可少的。Simões-Costa说，这种机制本应在非胚胎细胞中保持关闭状态，但不知何故“在癌症的背景下在成年细胞中被重新激活，导致这些细胞变得更具迁移性和侵袭性”。

“他是为数不多的真正在分子水平上研究[神经嵴细胞中的这一过程]并深入研究其背后机制的人之一，”Bronner说。

康奈尔大学发育生物学家KellyLiu表示，将经典胚胎学方法与最新基因组技术巧妙结合以解决发育生物学中的基本问题是Simões-Costa的特别之处。她说，他不仅想了解单个基因的作用，还想了解它们在系统层面的工作方式。

下一步是什么

遗传蓝图如何告诉细胞它们在胚胎中的位置，以及它们应该做什么?癌细胞如何劫持Warburg效应，了解该过程是否会导致新的治疗方法?这些是Simões-Costa接下来想要解决的一些问题。

“人类基因组计划得出结论已经20年了，”他说，指的是阅读人类基因指导书的巨大努力。“但遗传密码中仍然有很多谜团。”

这些谜团，加上对实验室工作的浓厚热情，为Simões-Costa的研究提供了动力。“坐在替补席上是我最快乐的时候，”他说。他将对组织和细胞进行精确手术的精细工艺比作冥想。“它不会变老。”