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转折性显微成像技术横空出世

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2017年9月27日 来源:生物通

摘要:

  哈佛大学怀斯(Wyss)生物启发工程研究所的Peng Yin团队天才般地将DNA纳米技术与显微成像技术统一在了一起。他们开发的以DNA纳米技术为基础的新方法允许重复、不损毁地持续记录独特的条形码分子对,直到绘制出其组分和结构的详细图像。文章发表在最新一期的《Nature Communications》。

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从图片到视频,纳米技术不断创造着以DNA为介质的文字或影像记录神话,研究人员不断拓展着破译生物结构空间排布的方法。目前,观察DNA、蛋白质或其他复合物通常需要使用先进的显微镜设备以及相匹配的样品处理方法。你很难只通过一种处理,使用一种设备,同时观察许多分子类型,尤其是有着高密度和高通量,或者动态相互作用需求的实验。

绕开昂贵(百万美金级别)的显微镜设备,将携带条形码的DNA探针与目标分子结合,科研人员能间接地通过DNA条形码读取目标分子结构(这种方法也被称为“基于DNA的显像探针标记”)。但是,由于在配对过程中会破坏DNA探针,只能记录与每个分子目标的一次互动,因此无法胜任随时间变化的动态结构变化。DNA纳米技术正在崛起

为了克服局限性,哈佛大学怀斯(Wyss)生物启发工程研究所的尹鹏(Peng Yin)团队天才般地将DNA纳米技术与显微成像技术统一在了一起。他们开发的以DNA纳米技术为基础的新方法允许重复、不损毁地持续记录独特的条形码分子对,直到绘制出其组分和结构的详细图像。文章发表在最新一期的《Nature Communications》。

“我们把这种方法称为‘自动循环接近记录(Auto-cycling Proximity Recording,APR)’,本质上它是一种连续的分子结构生物化学记录术,”哈佛医学院系统生物学教授Yin说。未来,研究人员可以通过这种方法,轻松了解控制活细胞生命进程的分子复合物变化。

结对后损毁法(图a)和自动循环接近记录法(图b)

作为原理证明,研究小组计算设计了多个DNA探针,然后将它们合成出来,与指定几何形状的人工合成DNA折纸纳米结构分子靶标接触。当两个DNA探针足够接近时(指代名字中的proximity recording)就会形成一个记录信号,条形码DNA链一边合成,一边释放记录,随后收集用于序列分析。

与其他生化方法不同,每个APR目标至少可以生产30个DNA记录(指代名字中的auto-cycling),为可靠的数据收集提供保障。收集所有DNA记录后,研究人员通过编制这些序列,顺利重建了人工合成的纳米结构的几何形状。

因为目标分子是纳米级的,证明该方法具备可视化现实生化研究目标分子的能力。由于APR甚至可以检出单个纳米结构的状态变化,因此亦可用于研究分子复合物结构变化与功能转变的关系。

APR技术的开发意味着,没有昂贵的显微镜也能破译分子结构,这项发明将对许多结构生物学实验室的发展产生深远影响。

原文标题:A DNA nanoscope via auto-cycling proximity recording

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