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      科學家們用超聲波探測活細胞中的活躍基因
      
			
      
				2020-01-22 10:24:05
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      一項在《科學》雜志上發(fā)表的令人吃驚的新研究表明，超聲波可以幫助科學家了解特定基因在活細胞中是處于活躍狀態(tài)還是不活躍狀態(tài)。這一令人難以置信的壯舉有望改變科學家對許多活細胞活動的研究方式，從腫瘤的生長到神經(jīng)元功能。
      超聲掃描已經(jīng)成為醫(yī)生和病人醫(yī)療經(jīng)驗的一個主要部分。然而，它們在研究活細胞方面也很重要，因為它們不會造成重大傷害。準確，物美價廉，簡單易學，超聲掃描還有幾個驚喜在店里..
      細胞不斷地關閉和打開基因來調節(jié)基因的表達。傳統(tǒng)上，激活基因的檢測涉及使用綠色熒光蛋白（GFP）等熒光標記，當基因活躍時，熒光標記會發(fā)光。這是眾所周知的，對于培養(yǎng)的細胞，可以檢查在他們的培養(yǎng)皿，但在一個有機體的體內，如何看到這樣的熒光？
      研究人員得出了一個結論：使用超聲波，一種非侵入性和無害的技術，觀察活體并提取這些細胞。但他們遇到了另一個困難：單個細胞不能用常用的超聲波波長來區(qū)分。
      然后，科學家們發(fā)現(xiàn)了一些生活在水中的細菌，并在微觀尺度上產生蛋白質包裹的氣泡，以保持自己的漂浮。通過增加到達超聲探頭的反射波的數(shù)量，這使得宿主細胞能夠被超聲波高度檢測到。
      去年，當研究人員在活著的老鼠的腸道中植入了通過注入氣泡形成基因而被修飾的腸道細菌時，這個概念就被提出了。利用超聲波，他們能夠檢測到腸道中的細菌簇。
      但是細菌基因不像哺乳動物基因那樣工作，所以他們接下來致力于調整他們的技術，使同樣的基因在哺乳動物細胞內工作。例如，每個細菌基因都需要一個啟動子，它打開由該基因編碼的蛋白質的產生過程。啟動子可以而且通常是由許多細菌基因共同組成的。
      但是哺乳動物的基因更嚴格：每個基因都需要自己的啟動子。研究人員巧妙地使用一種病毒蛋白將幾個細菌基因粘在一起，這樣他們就可以“愚弄”哺乳動物細胞，把它們看作是一個單一的哺乳動物基因，并用一個啟動子打開它們。
      通過這種方式，他們成功地證明了九個以三個質粒形式插入的細菌基因在一個培養(yǎng)皿中的人胚胎腎（HEK）細胞內引起了令人滿意的氣泡形成..這是第一次有六個以上的基因從一個細菌轉移到哺乳動物細胞。
      Caleb Foster|Shutterstock
      超聲掃描發(fā)現(xiàn)這些細胞的存在，但沒有發(fā)現(xiàn)沒有形成氣泡的對照細胞。
      他們通過使用一種技術來通過增加超聲波壓力來放氣氣泡來提高分辨率，這使得背景和含氣泡信號之間有了明確的區(qū)別。這似乎并沒有傷害細胞，可以重復閱讀。
      因此，這些基因充當分子報告器，信號在細胞內的活性基因的存在，是由超聲波掃描檢測到的。研究人員稱之為哺乳動物聲學報告基因（mARGs）。
      他們創(chuàng)造了一系列HEK克隆，當啟動子暴露于藥物多西環(huán)素中時，持續(xù)產生氣泡，即使在與其他細胞混合時，也可以在2.5%的低濃度下檢測到。然后他們把這些細胞放入老鼠體內。這些產生小鼠腫瘤，然后誘導表達mARGs通過治療小鼠多西環(huán)素。
      當用GFP成像時，腫瘤表現(xiàn)為非特異性的綠色斑塊，缺乏任何精確的報告基因定位。然而，超聲顯示出更清晰的圖像。只有腫瘤邊界的細胞顯示氣泡形成，這表明MARG激活。
      由于最大的血管化是在腫瘤的周圍，這一區(qū)域被認為是對多西環(huán)素的最高反應。多普勒超聲證實了這種新血管生長的模式。組織后來被顯微鏡檢查，證實活性基因只存在于腫瘤周圍。
      因此，基因工程結構可以用來監(jiān)測哺乳動物細胞內特定基因的存在和功能。光學記者顯示存在特定的激活基因，允許在混合樣本中檢測到特定的細胞群體，但通常僅在培養(yǎng)或組織活檢樣本中檢測到..相反，目前的技術允許非侵入性地檢測基因在體內的表達。
      加州神經(jīng)科學家斯里坎特·查拉薩尼說，所使用的技術非常復雜，大多數(shù)研究人員無法利用這種方法。然而，研究人員期待著改進這項技術，通過修改基因結構，使其更加方便和通用。
      			

			
        
      
			
      
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