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  • 1 # 科學新思sense

    這“DNA顯微鏡”是個啥?我跑去看了看Cell的原文,瞭解了一個大概,給大家說說看。

    先看結果:真是個“顯微鏡”

    看下面這組對比圖,你會以為是什麼?兩張熒光顯微鏡照片,其中一張拍糊了?【請見圖二】

    其實,“拍糊了”的這張就是由DNA顯微鏡拍出來的。而在DNA顯微鏡的“拍攝”過程中,其實根本不存在一個傳統意義上的顯微鏡,一組培養皿中的分子生物學反應,一組測序,再將測序結果放到一個演算法中進行分析,就得到了這張影象。

    再看基本原理:咋拍的?

    基本原理是這樣的,把細胞固定、穿透之後,加入一組小的DNA探針,包含序列不同的a、b、c……等DNA小分子。

    a、b、c進入細胞後,和與自身序列互補的轉錄本cDNA配對,配對之後a、b、c成為A、B、C,我們把相應cDNA所處的空間位置記為a*、b*、c*。

    【請見圖三】

    下面,進行第一步分子生物學反應,讓A、B、C擴增,擴增產生的更多A、B、C分子擴散到原始位置周邊一定範圍的空間內。如果A、B的初始結合位置離得比較近,就會有A、B分子相遇。

    這時,再進行第二部分子生物學反應,讓相遇的A、B分子連在一起,形成A+B分子。

    【請見圖四】

    反應結束後進行測序。如果我們測到了A+B序列,就可以知道a*和b*的位置是相互接近的,更進一步,根據A+B序列的丰度,我們還可以計算出a*和b*之間的距離。

    從一組複雜的{a*b*距離、a*c*距離、a*d*距離……}資料中,就可以根據不同分子之間的相對位置關係,利用演算法重構出影象了!這有點兒像小學數學題,如果你知道平面上三個點之間的距離分別是3、4、5,那麼這三個點就應該分別在一個直角三角形的頂點位置上。不過這裡面的演算法就麻煩的多罷了。

    比如說,在這篇Cell文章裡,研究者把兩種細胞混合培養,這兩種細胞分別表達GFP(綠色熒光蛋白)和RFP(紅色熒光蛋白),而所有細胞都會表達一些共同的蛋白,比如ACTB和GAPDH。研究者把ACTB用作基準(a),用上述操作進行了“成像”,結果就得到類似下圖的結果。其中ACTB、GAPDH、GFP、RFP分別顯示為灰色、白色、綠色和紅色。效果還是可以的,紅色和綠色互斥,而灰色和白色到處都有。

    在此基礎上,研究者還能讓演算法進行“細胞劃分”,從糊成一團的影象中劃分出一個一個的孤立細胞,就像下圖這樣:

    【請見圖五】

    瞭解了DNA顯微鏡的工作原理,下一個問題是:

    光鏡不好嗎?新玩意兒有啥優勢?

    核心優勢:測序、成像一鍋端,可以知道哪些DNA序列存在於哪些位置。

    小優勢:不用做光學標記呀!一次可以測很多種cDNA的位置呀!小分子庫做得好的話,還能找到意想不到的cDNA的位置呀!

    【請見圖六】

    大概就是這樣了。蠻神奇的,完全用化學方法和演算法,不用光卻得到影象,就像是讓盲人看到了世界一樣(這比喻好像不咋貼切)。

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