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新的DNA显微镜技术提供了对细胞基因组信息的新见解

科学家现在能够利用新发明的称为DNA显微镜的成像技术将细胞内部细胞视为基因组水平。使用DNA“条形码”,DNA显微镜可以让科学家在不使用任何光学元件的情况下定位分子在样品中的位置,这意味着可以大量收集基因组信息。

霍华德休斯医学研究所(HHMI)研究员Aviv Regev,分子生物学家冯章,2018年被选为HHMI研究员,生物物理学家Joshua Weinstein于2019年6月20日在Cell发表报告。

“尽管细胞和组织的成像一直是生物学的基石,因为细胞是在几个世纪前的光学显微镜下发现的,但迄今为止,先进的显微镜研究并未将生长能力用于精确测量基因组序列。”

但现在,温斯坦说他们的新成像技术提供了“我们无法看到的另一层生物学”。

该过程采用光学显微镜(可以看到甚至人口稀少的样品中的分子)和DNA显微镜(在分子密集的样品中表现优异),而Weinstein认为这两个过程相互补充。

Weinstein和研究团队希望结合光学中心显微镜,提供对亚细胞结构和作用的复杂洞察力,以及基于解剖的显微镜,这使得科学家可以通过将解剖后的样本拼接成一个完整的图片来获取遗传信息。

结合这两种显微镜技术,科学家可以利用遗传多样化的细胞群分析样品。温斯坦将免疫系统作为一个完美的例子,解释说免疫细胞基因可以变化为单个DNA字母。这些微妙的变化可以触发细胞中基本上不同的抗体的产生。另外,在组织中发现细胞的情况下也可以改变抗体的产生。

“通过直接从正在研究的分子中捕获信息,DNA显微镜开辟了一种将基因型与表型联系起来的新方法,”张说,Weinstein补充说,只使用一种类型的显微镜,“你只是得到了图片的一部分“。

首先,在实验室中培养和收集细胞并固定在反应室中。然后,添加一系列附着在RNA分子上的DNA条形码,为每个条形码提供独特的标签。接下来,使用化学反应来制备每个标记分子的更多拷贝。

“将每一个分子描绘成一个向外广播自己信号的无线电塔,”温斯坦解释道。

随着时间的推移,标记的分子相互碰撞,它们结合在一起形成DNA对。

然后使用DNA测序来拼出样品中每个分子的字母,这可能需要长达30个小时。然后,算法对数据进行解码,根据该论文,该数据代表来自每个原始细胞的大约5000万个DNA字母的遗传序列。

然后,所有这些数据都被转换成图像,使科学家能够“在光学显微镜下精确重建你所看到的东西”,Weinstein补充道。

“这是一种全新的显微镜类别,”Regev说。“这不仅仅是一种新技术,而是一种我们以前从未考虑过的事情。”Regev希望这种新的显微镜技术“激发人们的想象力 - 人们将受到我们从未想过的伟大创意的启发。”

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