 看，紅的像火，粉的像霞，白的像雪。一團(tuán)團(tuán)的熒光圖像極了朱自清筆下的《春》。這張圖不是春景確勝似春景，它的到來預(yù)示著我們即將迎來“最美醫(yī)藥四月天”。 近日，張鋒所在的團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種顛覆傳統(tǒng)的顯微鏡。這個顯微鏡可不一般！無需昂貴的光學(xué)設(shè)備，只需相應(yīng)試劑，便可通過細(xì)胞自身的遺傳物質(zhì)對細(xì)胞進(jìn)行“拍攝”生成可視化圖像。該研究成果發(fā)布在《Cell》雜志上。  DOI：https:///10.1016 / j.cell.2019.05.019 顯微鏡家族的新星 說起顯微鏡人們腦海中總會浮現(xiàn)出他的樣子。16世紀(jì)末第一臺顯微鏡在荷蘭誕生，此后伽利略用顯微鏡研究昆蟲復(fù)眼，由此我們打開了微觀世界的大門。1931年，“電子顯微鏡之父”恩斯特·魯斯卡在生物醫(yī)學(xué)上留下了濃墨重彩的一筆。電子顯微鏡的問世為之后一系列的醫(yī)學(xué)成就奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 由于 DNA 中的每個堿基分子在每個細(xì)胞內(nèi)存在的數(shù)量十分微小，即便我們直接標(biāo)記也很難直接觀測到其標(biāo)記信號。  如今，張鋒教授所在的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造出“DNA顯微鏡”，可以在構(gòu)建細(xì)胞圖像的同時積累大量的基因組信息。 “DNA顯微鏡”突破了傳統(tǒng)顯微鏡依賴分子探針技術(shù)的局限。它與使用光、x 射線和電子來觀察組織和細(xì)胞內(nèi)部的方式不同，“DNA顯微鏡”采用了堆疊分子的化學(xué)合成法來顯示細(xì)胞結(jié)構(gòu)。 首先，研究人員將細(xì)胞培養(yǎng)中選定的RNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA，然后利用獨(dú)特的核苷酸鏈（UMI）標(biāo)記待研究的分子。UMI會連接到與其互補(bǔ)的 RNA 分子上，使其具有唯一的標(biāo)簽。 當(dāng)然，這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠直接顯示基因組。接下來，科學(xué)家們采用化學(xué)合成法將化學(xué)物質(zhì)混合在一起。這些化學(xué)物質(zhì)會對這些標(biāo)簽進(jìn)行多次復(fù)制。 隨著這些復(fù)制品的增多，它們開始偏離原來的位置。當(dāng)兩個游離的DNA分子相遇時，它們連接起來，形成了一個獨(dú)特的DNA標(biāo)記。  最后，研究人員將提取并分析細(xì)胞中DNA。然后，用算法推斷出DNA分子的原始位置從而生成圖像。 霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所Joshua A. Weinstein 教授表示：“從某種意義上說，最初的DNA分子就像無線電發(fā)射塔，以DNA分子的形式相互發(fā)送信息。研究人員可以探測到一座塔何時與附近的另一座塔通信，并利用塔之間的傳輸模式來繪制它們的位置。” 震驚的不是技術(shù)而是技術(shù)帶來的廣闊前景 與之前大家所熟悉的電子顯微鏡、熒光顯微鏡、薄層顯微鏡工作方法不同。DNA顯微鏡只需要樣本和熒光標(biāo)記便可顯示出細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。 張鋒表示：“每個細(xì)胞都有獨(dú)特的DNA字母或基因型組成，DNA顯微鏡通過直接從被研究的分子中捕獲信息，開辟了一種將基因型與表型聯(lián)系起來的新方法?！?/p> 傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡（左）和“DNA顯微鏡”（右）捕獲的一組細(xì)胞。來源：Joshua Weinstein/Broad Institute 更重要的是，DNA顯微鏡與傳統(tǒng)顯微鏡的成像效果不相上下。Weinstein 教授表示：“DNA顯微鏡與傳統(tǒng)顯微鏡是互補(bǔ)的。光學(xué)顯微鏡可以很好地看到分子，即使它們在樣品中稀疏，DNA 顯微技術(shù)在分子密集時，甚至在分子堆疊時，其也擁有十分出色的顯示效果?！?/p> 研究人員認(rèn)為，未來有一天DNA顯微鏡可以讓科學(xué)家加速免疫療法治療的發(fā)展，幫助患者免疫系統(tǒng)對抗癌癥。DNA顯微鏡或?qū)⒆R別出潛在的最合適靶向特定癌細(xì)胞的免疫細(xì)胞。  “DNA顯微鏡”相關(guān)專利申請。來源：USPTO 2014年，張鋒和Weinstein在美國申請了“通過高通量測序繪制生物分子原位空間和細(xì)胞圖譜”（Spatial and cellular mapping of biomolecules in situ by high-throughput sequencing）的專利。Weinstein坦言道：“目前更關(guān)注的是傳播，而不是商業(yè)化，當(dāng)前主要目標(biāo)是探索重要的生物學(xué)領(lǐng)域?！?/p> End 參考資料： [1] Researchers use DNA to take pictures of cells [2] “DNA Microscopy” Offers Entirely New Way to Image Cells [3] “DNA顯微技術(shù)”誕生！張鋒等人的顛覆性發(fā)現(xiàn)，可直接觀測基因組 [4] 張鋒《Cell》最新技術(shù)開啟新時代：DNA顯微鏡 本文系生物探索原創(chuàng)，歡迎個人轉(zhuǎn)發(fā)分享。其他任何媒體、網(wǎng)站如需轉(zhuǎn)載，須在正文前注明來源生物探索。 https://www.toutiao.com/a6706367701993914893/ |
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