屡发Nature、Science文章，蔡龙走在单细胞技术的前沿

在加州理工学院，化学家蔡龙（Long Cai）正在开发一种新技术扩展在单细胞中可同时追踪的分子的数量。去年，这位崭露头角的加州理工学院(Caltech)的物理化学家获得了美国国家卫生研究院（NIH）的“创新奖”，他正采用一种称作超分辨率条形码的技术将基因组学和蛋白质组学应用到单细胞中从而将其投入充分的利用。

　　

生物通报道  在加州理工学院，化学家蔡龙（Long Cai）正在开发一种新技术扩展在单细胞中可同时追踪的分子的数量。

蔡龙的任务是开发出一些工具来观测前所未见的事物。去年，这位崭露头角的加州理工学院(Caltech)的物理化学家获得了美国国家卫生研究院（NIH）的“创新奖”，他正采用一种称作超分辨率条形码（super-resolution barcoding）的技术将基因组学和蛋白质组学应用到单细胞中从而将其投入充分的利用。“这一项目的总体目标是将单细胞转变为微阵列，“蔡龙说。

朝着这一目标取得重大的进展，蔡龙以及研究生Eric Lubeck近期在《自然方法》（Nature Methods）杂志上报告了一些原理验证试验，他们在暴露于细胞外钙压力的单个酵母细胞中检测了32个压力反应基因的mRNA水平。二人利用单分子荧光原位杂交(smFISH)技术将单个mRNAs与包含独特荧光团组合的寡核苷酸探针进行了杂交，随后利用超分辨率显微镜计数了这些荧光条形码mRNAs。

              

蔡龙通过一种称作超分辨率条形码的技术正将基因组学和蛋白质组学带入到单细胞中。

             

超分辨率显微镜和组合标记使得可对单细胞中的个别mRNA进行多重识别和定量。

             

十年前，艾伯特爱因斯坦医学院的细胞生物学家Robert Singer开发了一种基于FISH的条形码方法可同时检测单细胞中的多种mRNAs。

利用这种条形码策略，蔡龙和Lubeck提高了研究人员能够在单个细胞中同时鉴别和定量的分子的数量。此外，这种方法还涉及了对样品进行直接成像，因此它保留了细胞内分子以及组织中细胞接触的空间信息，使得科学家们能够检测组织中细胞间信号相互作用的复杂模式。

利用传统的荧光显微镜很难解析单个分子，由此转录水平必须很低才可供条形码使用。相比之下，超分辨率显微镜将一个典型的酵母细胞转变为108个像素，使得解析小至10–20 nm的细胞结构成为可能。因此，通过采用不同的荧光分子条形码标记每个信息，解析单细胞中所有的基因组信息成为了可能。超分辨率显微镜采用稀疏激活重叠荧光基团亚群，它是当来自多重转录物的信息重叠时高密度条形码的必要条件。这一过程与圣诞树上的彩灯相似，其轮流闪烁和关闭，这使得研究人员能够分离出单个光点。

“进入此的主要动机之一是我们认识到对于许多你想在单细胞中完成的事情，你还必须知道首先你正在寻找什么以将绿色荧光蛋白（GFPs）标记到它们之上，如果你想超越并同时看到多种基因，利用GFP确实很难，因为没有那么多颜色的GFP可获得的，“蔡龙说。

下接：华人科学家小记：单细胞研究领域的先锋蔡龙

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

Lubeck, E., and L. Cai. 2012. Single-cell systems biology by super-resolution imaging and combinatorial labeling. Nature Methods9(7):743-8.

Choi, P. J., L. Cai, K. Frieda, and X. S. Xie. 2008. A stochastic Single-Molecule event triggers phenotype switching of a bacterial cell. Science 322(5900):442-446.

Cai, L., N. Friedman, and X. S. Xie. 2006. Stochastic protein expression in individual cells at the single molecule level. Nature 440(7082):358-362.

Cai, L., C. K. Dalal, and M. B. Elowitz. 2008. Frequency-modulated nuclear localization bursts coordinate gene regulation. Nature 455(7212):485-490.