08生命科学最新技术一览

　　

生物通综合：生命科学的发展自然离不开研究技术的更新，好的技术对于研究人员来说有时就像是及时雨，能解燃眉之急，破沉疴难起，获得更重要的发现，那么2008年开春之际，生命科学领域值得关注的新技术有哪些呢？

《自然》基因敲除技术解决纷争

来自萨克生物研究学院（the Salk Institute for Biological Studies）基因表达实验室，遗传学实验室，霍德华休斯医学院的研究人员利用了一种基因敲除方法将成人神经形成与空间学习能力联系了起来，解决了长久以来有关新生神经细胞的形成在学习，记忆和行为的哪些方面起作用这一纷争。这一研究成果公布在最新一期（1月31日）的《Nature》杂志上。领导这一研究的是HHMi研究员Ronald M. Evans博士，其任职于萨克生物研究学院基因表达实验室，另一位通讯作者是遗传学实验室的Fred H. Gage，Evans博士表示，“我们的研究直接证明了神经形成（neurogenesis，生物通注）在决定过程，获知和空间记忆存储过程中扮演了一个重要的角色”。这项研究说明，某一天研究人员也许能利用口服药物刺激神经形成，来影响记忆功能。以往认为，中枢神经系统的神经元在出生前或出生后不久，就失去再生能力。但近年的一些研究表明，成年哺乳动物的脑组织仍可不断产生新的神经元，成人脑组织中同样存在神经干细胞。神经干细胞可以通过生理和心理的活动在一生当中不断生成新的神经细胞，但是这些新生细胞的确切功能长久以来都是一个争论的焦点。这篇文章则发现缺少一个神经形成基因：TLX的成鼠相对于野生型，学习和记忆的能力会下降，文章的第一作者， Chun-Li Zhang博士表示，“这一实验证明TLX特异性的诱导对于神经干细胞维持其干细胞状态的遗传过程是必需的。” 在过去，研究人员通过研究海马组织或者利用药物来阻断神经形成，从而观察动物模型中得到的行为结果。但是在这篇文章中，Zhang等人利用基因敲除这种遗传学方法为这一实验提出了关键性的解决方案，来自普林斯顿大学的Elizabeth Gould博士（未参与这一研究）表示，用其它的方法实际上也许会造成错误结论。但是多伦多大学的Martin Wojtowicz的研究小组得出了相矛盾的结果，他的研究表明神经形成在空间学习上不会起作用，反而会影响contextual fear conditioning（一种对于空间的认知恐惧反应，生物通注），Wojtowicz表示，“他们得到相反的实验结果实在让人疑惑。” “问题在于使用的是不同的方法，检测的是许多不同的时间点，利用的不同的学习模式，因此结果并不一致”，但是有关神经形成确实在成熟大脑中扮演了一些角色这一点是得到认可的。

台大利用"小鼠剔除技术" 发现抑癌转移基因

农历鼠年即将到来，台湾大学选在岁末年终发表一项“应景”的研究成果。台大医技系教授林淑华的研究团体利用“小鼠剔除技术”，发现在肝脏表现量高、可以有效抑制癌细胞转移的特殊基因。林淑华表示，目前此癌症转移专利已在申请中，希望在一、两年内进入人体实验阶段。

    据台湾东森新闻报道，2007年诺贝尔医学奖桂冠颁给了建立“基因剔除鼠”技术的三位科学家，透过剔除特定基因后的实验老鼠的病症变化，就可以了解基因缺陷所造成的异常疾病，藉此可模拟人体的病症机转及治疗途径。林淑华说，简单来说就是逆向操作，“让特定基因坏掉，看老鼠生什么病”。

    利用此项尖端技术，林淑华的研究团体发现抑制癌细胞转移的特殊基因，由于未在国际期刊发表，目前暂名“X基因”。她指出，小鼠剔除X基因后，癌细胞会迅速转移至肝脏，产生严重的肿瘤聚落，而一般小鼠则无此现象，目前研究团队正全力研究此特殊基因与肿瘤细胞增生、转移的相关性。

    此外，研究团队也从小鼠身上模拟人类的冠状动脉或是血小板疾病，试图找出治疗心血管疾病的方法。将小鼠剔除“TXA2”基因后，给予高胆固醇饲料，结果发现基因剔除小鼠较不易产生粥状动脉硬化症，也不易引发血管壁损伤后增厚情形。

    该团队已争取到相关计划的支持，推动了基因转殖鼠核心设施。目前已有30多种的剔除鼠正由各个研究学者分析中，预计在未来五年内达到120种基因剔除鼠的目标。

两项技术预示蛋白分析和基因操作新阶段

基因是遗传物质，是生命体的蓝图，而蛋白质则是生命体具体功能的执行者。基因和蛋白质也是生命科学领域最基础、最重要的研究对象。现在，两项有关蛋白质运动和基因操作的新技术则预示着蛋白质分析和基因工程技术手段的进入一个新的阶段。

 

 不伤害细胞的基因改造技术

遗传工程产品变得越来越不可或缺了。例如，基因改造的细菌生产胰岛素。将来，基因疗法还有可能将基因引入到患病体的细胞中，从而使它们能够弥补身体的功能缺陷。

 

 为了做到这些，就必须将外源或合成的DNA引入到寄主细胞中。现在，日本的研究人员发明了一种可能取代传统基因工程过程的新方法。这项公布在Angewandte Chemie杂志上的研究中，研究人员用电喷的水滴轰击细胞。

 

有几种方法能够将DNA转移到寄主细胞中。在最简单的情况下，外源DNA通过被穿孔的细胞膜进入到细胞内。病毒和质粒能够作为基因运送载体，并且利用一种“粒子枪”能够将遗传物质注射到细胞内。这些方法都有其劣势：会严重损伤脆弱的细胞或者费用昂贵和过程复杂。

 

 由Takafumi Sakai领导的Saitama大学的一个研究组开发出一种可能取代这些传统方法的新技术：它们用微小的带电水滴轰击细胞。这种水滴能在细胞膜上打出非常微小的孔，外源的DNA分子能够通过这个孔进入细胞内。一分钟后，这种孔会闭合起来，即使再精巧的细胞都能在此过程中存活下来并且不会有损伤。

 

这种方法的基础是一种叫做电喷雾（electrospray）技术，这种技术已被成功用于质谱仪中。在这个过程中，极其微小的钢毛细管顶端处于一种高电压下。带电荷的水滴从这个毛细管出来，并且被喷成微米或纳米级的液滴。这些带电微滴在一个电场中被加速，并喷向盛放有细胞的盘。

 

这种方法的有点在于：它适合从哺乳动物细胞培养物到细菌以及活组织的各种细胞类型，并且在鸟类胚胎中被验证。当然，必须没有会损坏细胞的细胞毒性制剂；需要使用纯净的水或一种细胞耐受盐溶液。整个装置简单、成本低，并且很轻便。

 

定位蛋白质：将电穿孔与流式细胞仪结合起来的新技术

 

 来自美国普渡大学的研究人员发明了一种能够检测细胞中蛋白质运动的新方法，蛋白质的这些运动显示出与癌症等有关的细胞变化。这种方法将有助于将来诊断癌症。

 

负责这项研究的普渡大学农业和生物工程助理教授、华裔学者卢畅（Chang Lu，音译，生物通注）博士介绍说，通过联合两项不同的技术，这种新技术能够检测大量细胞中个体细胞，这在之前是做不到的。

 

他们的研究将不同的技术联系在一起，使得研究人员能够在一种全新的水平上进行科学研究. 在发表在本月的《Analytical Chemistry》杂志上的文章中，卢博士证实这种技术能够检测一些蛋白质在整个细胞群中的运动或迁移。这些运动对检测非常重要，因为它们与许多疾病过程有关。蛋白质迁移与肿瘤细胞的活化有关，检测这些运动将有助于诊断癌症的类型和阶段。

 

 卢博士的这种方法利用了已有的两项技术：电穿孔（electroporation, 用于确定蛋白质位置）和流式细胞仪(flow cytometry，能够快速检测个体细胞但不能确定细胞内蛋白位置)。 普渡大学的这种技术命名为“电穿孔流式细胞仪”（electroporative flow cytometry），该技术使研究人员首个能够在秒单位内检测细胞的方法。

 

这种方法是让细胞穿过芯片上细小的通道并被电穿孔。在此过程中，电脉冲在细胞膜上开孔，蛋白质从里面释放出来。然后，传感器测量蛋白质的浓度。由于一个蛋白质的亚细胞定位能够直接影响离开细胞的蛋白质数量，卢博士等人证实这种方法能够直接确定蛋白质位置。

 

如果蛋白质在它们的最初位置上（自由漂浮在细胞内部或细胞质中），那么大量的蛋白质就会在电穿孔后流出细胞。如果发生了迁移（蛋白质从细胞质迁移并与细胞膜内侧紧密结合），那么就有很少的细胞在电穿孔后离开细胞。 之前的技术只是通过很慢得成像技术来检测蛋白质在少数个体细胞中的运动，或者对大量细胞进行平均测量，其数据常常与个体细胞中的蛋白质定位无关。

 

 卢博士指出，这些方法要么“只见树木，不见森林”，要么“只见森林，不见树木”。他发明的新方法则实现了了解“森林中的每棵树”的目的。 在研究中，这种技术能够每秒处理100到200个细胞，但是这个速率能够增加到典型的流式细胞仪的速度，即每秒通过10000个细胞。速度的增加能够通过优化这项技术来实现。研究检测了蛋白激酶的运动。蛋白激酶和它们的迁移对活化或失活细胞并在细胞间传递细胞至关重要。卢博士已经为这项技术申请了临时专利，并且表示他希望这项技术能够在5到10年的时间里用于临床。

日本开发出可视化荧光成像技术 来追踪细胞周期

日本研究人员8日在美国《细胞》杂志上发表论文说，他们开发出一种可视化荧光成像技术，可以实时观测生物个体的细胞周期。 细胞分裂的周期叫做细胞周期。在一个细胞周期中，细胞的DNA首先要自我复制，然后再经过分裂形成两个含相同DNA的细胞。在生物发育和再生的过程中，如果细胞周期顺利推进，那么就会逐渐形成组织、器官，进而长成个体，而一旦这些过程失去控制，细胞就会过度增殖，导致癌症。因此，在个体水平上分析基于细胞周期的细胞增殖状况非常重要。 日本理化研究所和科学技术振兴机构8日发表新闻公报说，两家机构和东京都临床医学综合研究所开发的这项新技术的原理是选择在细胞周期的特定时期分别存在的两种蛋白质，并用不同颜色的荧光为它们做上标记。 公报说，蛋白质“Cdt1”只存在于完成分裂的细胞准备复制DNA的G1期，蛋白质“Geminin”只存在于G1期之外的细胞周期其他阶段。研究人员向两种蛋白质分别植入红色和绿色荧光物质的荧光基因，将处于G1期的细胞核标记为红色，处于其他时期的细胞核标记为绿色。 研究人员将带有荧光标记的细胞放在玻璃皿中培养，并用高灵敏度照相机观察。他们连续观察到，随着细胞周期的推进，红绿两色交替显现。他们向实验鼠乳腺组织移植良性肿瘤细胞，移植细胞在组织中停止分裂，整个肿瘤块呈现红色。移植细胞换成恶性肿瘤细胞，则细胞在组织中不断增殖，红色和绿色荧光混杂在一起，使肿瘤块呈现黄色。 新闻公报说，这项新技术的应用可能带来对生物发育、创伤治疗、癌变等方面的新认识，也有助于开发癌症诊断和治疗评价方法。

美科学家研制出:四分钟制人类基因图谱技术

美国加利福尼亚州一研究机构说，一种仅用时4分钟便可绘制出完整人类基因图谱的技术即将问世。这种技术成熟后，个人只需花费1000美元就可获得一份属于自己的完整基因图谱。 位于加州的“太平洋生物科学”研究机构首席执行官休斯·马丁说，这一技术将为人类健康带来变革。他说，这项技术目前主要面对研究机构，以帮助科学家们发现基因与疾病以及人类行为之间的关联。 “以足够快的速度和足够低廉的价格为人们绘制基因图谱，能帮助我们发现许多有趣的问题。比如，我们可以绘制出1000名吸毒成瘾者的基因图谱，然后和1000名没有毒瘾的普通人基因图谱比对，看看两者之间存在什么差异，”马丁说。 为推动基因图谱研究，美国政府和一些民间机构设立高额奖金，鼓励研究人员开发快速廉价的基因图谱绘制技术。2006年，加利福尼亚州X奖基金会设立一项金额高达1000万美元的奖金，用于奖励最先在10天内绘制出100个人基因图谱的科学家或科研机构。

澳大利亚开发出无危害研究H5N1病毒技术

澳大利亚研究人员近日表示，他们开发出一种解开致命性禽流感病毒H5N1编码的技术。该技术将帮助病毒专家和药物研究人员在研究H5N1病毒某个重要表面蛋白质时，免受被病毒感染的危险。此外，新技术还能帮助人们快速验证禽流感和其他流感病毒。 新技术由澳大利亚昆士兰格里菲思大学糖体学研究所的马克·冯伊兹泰恩教授和香港大学马里克·培瑞斯教授领导的一国际项目研究小组合作开发。冯伊兹泰恩教授是抗流感药物“乐感清”（Relenza）的发明人；培瑞斯教授曾开发出了将灭活流感H5蛋白置入类无害载体——病毒颗粒内的方法。 该新技术以培瑞斯开发的灭活流感H5蛋白置入类无害载体的方法为基础，利用这些类病毒颗粒作为病毒蛋白载体，研究人员可以无需高级防护实验室环境，也能完成相应的研究工作。 冯伊兹泰恩说：“为更好地研究一种病毒蛋白，研究人员需要有能力观察和监视该病毒蛋白在与病毒颗粒结合时其作用的方式。”他同时表示，这是一项相当困难的工作，如同人们仅仅通过研究子弹来了解枪的功能。