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      研究人員通過3D鏡頭觀察DNA
      
			
      
				2018-12-24 12:24:12
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      DNA序列在計(jì)算機(jī)屏幕上被二維解碼成一串基礎(chǔ)A，T，C和G，但需要三維思維來理解我們DNA變化的影響以及使用DNA分子來解決問題。本月，我們將探索兩項(xiàng)研究 - 一項(xiàng)研究揭示DNA在慢性疼痛中的功能作用，另一項(xiàng)研究DNA形成有用的形狀 - 這兩項(xiàng)研究都是將二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可以改善我們四維生活的三維思維的進(jìn)步。
      

      在自然醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，麥吉爾大學(xué)的Robert Sorge博士和多國(guó)合作伙伴1通過了解基因線性DNA序列變化對(duì)3D的影響，確定了一種潛在的慢性疼痛新藥療法由該基因制成的蛋白質(zhì)。
      

      研究人員通過3D鏡頭觀察DNA
      

      慢性疼痛使患者和醫(yī)生都感到沮喪。雖然像剪紙一樣的傷害引起的疼痛會(huì)隨著愈合而消失，但慢性疼痛會(huì)延伸到最初的'ouch'，或者是由于持續(xù)的炎癥(慢性炎癥性疼痛)或神經(jīng)損傷(慢性神經(jīng)性疼痛)。兩種類型的慢性疼痛通常包括異常性疼痛的令人費(fèi)解的狀態(tài)，由于通常非疼痛的事件(例如輕觸)引起的疼痛。雖然兩者都難以治療，但慢性炎癥性疼痛可能對(duì)布洛芬和嗎啡等可用藥物反應(yīng)更好。不幸的是，慢性神經(jīng)性疼痛幾乎沒有有效的治療選擇，這是疾病的日益普遍的結(jié)果，包括糖尿病性神經(jīng)病變，纖維肌痛和中風(fēng)以及包括截肢，放射和化療在內(nèi)的治療的副作用。
      

      為了開始解決這種未得到滿足的治療需求，Sorge博士及其同事使用一種簡(jiǎn)單，可重復(fù)的小鼠慢性疼痛模型來識(shí)別可能對(duì)人類慢性疼痛很重要的基因。他們對(duì)小鼠進(jìn)行了手術(shù)，稱為神經(jīng)損傷，引起異常性疼痛，然后尋找疼痛越來越少的小鼠之間DNA序列的差異。(有關(guān)視覺演示，請(qǐng)?jiān)诰€查看此視頻2)。研究人員發(fā)現(xiàn)，基因P2RX7中有一個(gè)不同堿基的小鼠傷后疼痛比具有不同核苷酸的小鼠疼痛少。在二維DNA堿基串中這種A到G的單一變化使得小鼠在細(xì)胞的三維膜中產(chǎn)生更少的孔。像皮膚毛孔一樣，這些細(xì)胞毛孔調(diào)節(jié)物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的流動(dòng)。了解這種3D效果后，他們開發(fā)出一種藥物，可以減少由于DNA序列而導(dǎo)致毛孔增多的小鼠毛孔數(shù)量，并發(fā)現(xiàn)該藥在神經(jīng)外科手術(shù)后降低了疼痛程度。
      

      研究人員繼續(xù)研究人類的P2RX7基因。他們發(fā)現(xiàn)，如果人們有類似的DNA變異，毛孔減少，他們的慢性疼痛就會(huì)減少?；加新陨窠?jīng)性疼痛的人在乳腺癌手術(shù)后以及患有關(guān)節(jié)炎的慢性炎性疼痛的人中受傷，這種情況確實(shí)如此。這些研究結(jié)果表明，由于DNA序列而產(chǎn)生更多毛孔的人可能會(huì)從類似給予小鼠的藥物中獲益。
      

      基于人的獨(dú)特DNA序列制造藥物被稱為藥物基因組學(xué)，但是開發(fā)這種靶向治療存在許多障礙。制造這些個(gè)性化藥物的一種技術(shù)是將DNA本身用作在體內(nèi)攜帶藥物的構(gòu)件，稱為DNA納米技術(shù)。該方法需要操縱二維DNA堿基串以形成三維形狀。研究人員可以預(yù)測(cè)二維DNA串將如何組裝，因?yàn)镈NA總是以可預(yù)測(cè)的A至T和C至G模式結(jié)合，形成均勻大小和形狀的強(qiáng)壯，剛性雙螺旋。DNA納米技術(shù)的概念自20世紀(jì)80年代初期就已存在，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)趕上實(shí)施這些想法，最近獲得了動(dòng)力。
      

      在本月的自然界中，哈佛大學(xué)Wyss生物啟發(fā)工程研究所的Bryan Wei博士及其同事3從稱為瓷磚的短片DNA中組裝了復(fù)雜的形狀。使用這些瓷磚，他們制作了從基本數(shù)字和字母到更復(fù)雜的表情符號(hào)和橡皮鴨子的二維形狀，以及三維管(見圖像)。這項(xiàng)工作不僅僅是有趣的藝術(shù)，它還提高了科學(xué)家在三個(gè)維度上操縱DNA的能力，這是為慢性疼痛等頑固問題開發(fā)針對(duì)性治療的重要一步。
      
			

			
        
      
			
      
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