杜克大学开发新细胞成像技术——“瞬留条形码”

杜克大学开发了一种成像技术，可以让人们同时观察细胞内部的各种分子，同时观察几十种不同的分子活动——通过给它们贴上短链的发光DNA标签，这些DNA会随着自身独特的节奏闪烁。

　　

杜克大学开发了一种单分子成像技术，可以让人们同时观察细胞内部的各种分子，同时观察几十种不同的分子活动——通过给它们贴上短链的发光DNA标签，这些DNA会随着自身独特的节奏闪烁。

“我们的想法是一切事物都有自己的节奏，”文章的第一作者，杜克大学电气计算机工程与计算机科学博士生，Shalin Shah说。“我们称这些时间信号为瞬留条形码（temporal barcodes）。”

当连接到细胞或其他物体上并观察足够长的时间时，这些条形码可以用来在分子水平上检测和区分任何数量的东西——包括隐藏在人体功能和生长需要的数万个蛋白质中的特定蛋白质。

这项技术的工作原理是，当两条互补的DNA链在溶液中发生碰撞时，它们之间会发生短暂的相互作用。一条链与研究人员想要研究的分子相连。另一条是自由漂浮的，携带着荧光染料，当两条DNA配对时，荧光染料会亮起，一旦分开就会变暗。随着时间的推移，在显微镜下观察时，绑定和解除绑定会产生一种独特的闪烁模式，解码后的闪烁模式可以充当识别的指纹。

传统的技术使用不同颜色的染料，或者使用一种颜色但不同的DNA序列和分步骤成像来区分分子，在移动到下一个目标之前将它们从一个目标上洗掉。

Shah和他的同事说新技术可以做得更好。与杜克大学计算机科学教授John Reif和橡树岭国家实验室的博士后研究员Abhishek Dubey合作，研究小组的方法增加了可以用单一染料颜色区分不同信号的数量。但是，它们并不像以前的单色方法那样依赖于多个DNA序列，而是保持自由漂浮链的序列不变，调整与目标分子相连的DNA链上重复序列的长度或数量。这使它们产生不同频率、持续时间和亮度的闪烁。

4月5日，在美国ACS Synthetic Biology杂志发表的一篇论文中，计算机模拟表明，该方法理论上可以同时区分多达56种不同的分子，每种分子都以相同的颜色闪烁。如果使用多种颜色的染料，这个数字会膨胀到数千个。研究人员说，他们的技术需要的成本很少，仅需要其它方法的一小部分花费就可以完成相同的实验，而且该技术中染料的荧光不会随着时间的推移被显微镜的强光淬灭。

3月21日，研究小组同时也发表了一篇论文在Nano Letters杂志上，他们在实验室中测试了这种方法。Shah和Reif设计了七种不同的DNA装置，将它们附着在玻璃表面，然后用荧光显微镜对它们进行成像。用不到一小时的数据量，他们就能够利用每台设备的独特闪烁行为来区分它们。

“我们的目标是开发一种经济、简单、但功能强大的方法，”Shah说。“这种瞬时强烈信号的发射辨识度很高，可以作为识别的指纹。”

原文检索：Improved Optical Multiplexing with Temporal DNA Barcodes

（生物通：伍松）

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