显微镜得到改造

显微镜刚改造——再次。

传统上,科学家们利用光、x射线和电子窥视内部组织和细胞。今天,科学家可以跟踪形如纤维的整个大脑和神经甚至看住小鼠胚胎召唤的心脏的跳动的细胞。

但有一件事这些显微镜看不到:发生了什么在细胞基因组的水平。

现在,生物物理学家约书亚·温斯坦和他的同事们发明了一种非常规的成像被称为“DNA显微镜”,可以做到这一点。而不是依靠光(或任何类型的光学),团队使用DNA“条形码”,以帮助确定分子的相对位置在一个样本。

与DNA显微镜,科学家可以构建细胞的照片,同时积累大量的基因组信息,温斯坦说。“这给了我们一层生物学,我们没能看到。”

温斯坦,霍华德休斯医学研究所霍华德·休斯医学研究所的研究员特拉维夫Regev,冯和分子生物学家,他在2018年被选为一个霍华德·休斯医学研究所的研究员,报告工作6月20日,2019年,在《细胞》杂志上。

“这是一个全新的类别的显微镜,“雷格夫说。“这不仅仅是一项新技术,它是一种做事情的方式,我们没有考虑做。”

一些新的东西

直到现在,显微镜融入两大类。第一个是基于光学;例如,光学显微镜,可以追溯到1600年代,依靠可见光照射样品。科学家们布什提到这种方法,甚至超出了可见光谱。电子显微镜、荧光显微镜、纸张显微镜¬——它们都是基于原理,样品发出光子或电子,和显微镜检测发射。

第二类是基于解剖位置定义为一个显微镜样品。计算机程序然后每切割一块整合成一个完整的图片的完整示例。亚细胞结构的光学成像可以提供复杂的肖像和行动。Dissection-based显微镜可以给科学家遗传信息。

温斯坦和他的同事在麻省理工学院想要创建一个方法一箭——采取的快照细胞的位置和拼出特定的基因序列驱动它。

组合是重要的科学家在研究不同基因的细胞。免疫系统是一个很好的例子,温斯坦说。免疫细胞基因可以改变一个字母的DNA。每个变化都可以触发一个戏剧性的转变类型的细胞产生的抗体。内细胞所在组织可以改变抗体生产。

如果你专注于一个或另一个,“你只是照片的一部分,”他说。

它是如何工作的

抓住这样一个完整的细胞不需要昂贵的显微镜或很多一个昂贵的设备,雷格夫说。所有你需要的开始是一个标本和吸管。

首先,科学家们在实验室里细胞生长和修复它们到反应室的位置上。然后,他们添加一个各式各样的DNA条形码。这些坚持RNA分子,给每一个独特的标签。接下来,该团队使用的化学反应使越来越多的副本每个标记分子——不断堆积,扩大从每个分子的原始位置。

“图片每一个分子向外广播塔广播自己的信号,”温斯坦说。

最终,与其他标记分子标记分子碰撞,迫使它们成对联系在一起。分子互相靠近将更有可能发生碰撞,产生更多的DNA双。分子远将产生更少的对。

dna测序机器法术的字母每个分子内的样本,需要30小时。算法然后解码数据——创建的团队,每人大约5000万基因序列的DNA字母代表原始标本,将原始数据转换成图像。

“你基本上能够准确地重建光显微镜下你所看到的,”温斯坦说。

这两种方法是互补的,他补充道。光学显微镜可以看到分子甚至当他们在样本稀疏,和DNA显微镜擅长当分子密度——甚至堆积在彼此之上。

他认为DNA显微镜有一天让科学家加速免疫疗法治疗的发展,帮助病人的免疫系统对抗癌症。免疫细胞可以识别的方法最适合目标特定的癌症细胞,他说。

每个细胞都有一个独特的DNA字母组成,或基因型,张医生说。“通过捕获信息直接从分子被研究,DNA显微镜开辟了一个新的基因型与表型的方法。”

这一类的可能性显微镜是敞开的,Regev补充道。“我们希望人们火花的想象力——将与伟大的思想启发,我们从来没有想过。”

参考:约书亚·a·温斯坦特拉维夫Regev,冯。2019。DNA显微镜:Optics-free Spatio-genetic成像的一个独立的化学反应。细胞。DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.05.019。

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