顯微鏡和標(biāo)記技術(shù)映射DNA突變

在布里斯托大學(xué)工作的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新的納米顯微鏡 - 由典型DVD播放器中的激光和光學(xué)器件驅(qū)動(dòng)。這項(xiàng)新技術(shù)被用于改變?cè)\斷和發(fā)現(xiàn)引起疾病的基因突變的方式。這個(gè)顯微鏡每秒都映射數(shù)百個(gè)化學(xué)條形碼的DNA分子，這是由弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)的Jason Reed教授領(lǐng)導(dǎo)的一組美國(guó)科學(xué)家合作開(kāi)發(fā)的。Reed教授的團(tuán)隊(duì)使用CRISPR-Cas9標(biāo)記分子，這樣它們的定位幾乎與DNA測(cè)序一樣準(zhǔn)確，同時(shí)也能以更快的速度處理大部分基因組。使用現(xiàn)成的DVD組件，布里斯托爾團(tuán)隊(duì)增強(qiáng)了他們的原子力顯微鏡(AFM)，使其能夠以每秒數(shù)百個(gè)的速率將單個(gè)DNA分子的長(zhǎng)度物理映射到數(shù)十個(gè)堿基對(duì)的分辨率。

這種前所未有的速度提升使這種DNA條形碼方法首次用于實(shí)際診斷。IBM科學(xué)家在1989年制定AFM技術(shù)并使用相關(guān)技術(shù)在原子級(jí)重新排列分子來(lái)拼出“IBM”時(shí)成為頭條新聞。AFM通過(guò)使用微型觸控筆實(shí)現(xiàn)這種細(xì)節(jié)水平 - 類似于唱機(jī)上的針 - 幾乎不接觸被研材料的表面。觸筆和分子之間的相互作用產(chǎn)生了圖像。然而，傳統(tǒng)的AFM對(duì)于醫(yī)療應(yīng)用而言太慢，因此主要由材料科學(xué)的工程師使用。該顯微鏡測(cè)量具有亞原子分辨率的單個(gè)DNA分子，同時(shí)創(chuàng)建大小達(dá)一百萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)的圖像。它使用DNA測(cè)序所需樣品量的一小部分，大大縮短了測(cè)量時(shí)間。

布里斯托大學(xué)物理學(xué)院的Oliver Payton博士共同發(fā)明了納米顯微鏡。他說(shuō)：“使用每臺(tái)DVD播放機(jī)中的激光聚焦機(jī)制，我們已經(jīng)建立了一臺(tái)顯微鏡，它具有分辨率和速度，可以測(cè)量三維樣品表面上的每個(gè)分子。“雖然其他類型的顯微鏡具有觀察這些DNA分子的分辨率，但它們的速度要慢幾千倍，并且需要數(shù)年才能做出明智的診斷。“我們的顯微鏡不僅適用于這些醫(yī)療應(yīng)用，而且由于可以隨時(shí)使用的DVD播放器組件，它可以大規(guī)模生產(chǎn)。”

最近，CRISPR在基因編輯方面取得了很多頭條新聞。CRISPR是一種科學(xué)家能夠利用靶向核糖核酸(RNA)進(jìn)行“編程”的酶，以便在細(xì)胞自身修復(fù)的精確位置切割DNA。

Reed教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的巧妙的化學(xué)條形碼方法改變了CRISPR酶的化學(xué)反應(yīng)條件，使其僅粘附在DNA上，實(shí)際上并沒(méi)有切割它。

他說(shuō)：“因?yàn)镃RISPR酶是一種物理上比DNA分子大的蛋白質(zhì)，所以它非常適合這種條形碼應(yīng)用。“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)這種方法在與DNA 分子結(jié)合時(shí)效率接近90%。而且因?yàn)楹苋菀卓吹紺RISPR蛋白質(zhì)，你可以發(fā)現(xiàn)DNA模式中的基因突變。”

為了證明該技術(shù)的有效性，研究人員繪制了淋巴瘤患者淋巴結(jié)活檢中存在的遺傳易位圖。

當(dāng)一部分DNA被復(fù)制并粘貼到基因組中的錯(cuò)誤位置時(shí)，就會(huì)發(fā)生易位。它們?cè)谥T如淋巴瘤的血癌中尤其普遍，但也存在于其他癌癥中。

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