Новая техника ДНК-микроскопии предлагает новое понимание геномной информации в клетках

        

Ученые теперь могут видеть внутри клеток до геномного уровня с помощью недавно изобретенной техники визуализации, называемой ДНК-микроскопией. Используя ДНК-штрих-коды, ДНК-микроскопия позволяет ученым определять местоположение молекулы в образце без использования какого-либо вида оптики, что означает, что геномная информация может собираться в больших количествах.

Shutterstock | ktsdesign

Исследователь Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI) Авив Регев, молекулярный биолог Фэн Чжан, который был выбран в качестве исследователя HHMI в 2018 году, и биофизик Джошуа Вайнштейн опубликовали отчет в Cell 20 июня 2019 года.

«Хотя визуализация клеток и тканей была краеугольным камнем биологии с тех пор, как клетки были обнаружены под световым микроскопом много веков назад, современные методы микроскопии до настоящего времени в значительной степени не включали растущую способность производить точные измерения геномных последовательностей».

Но теперь Вайнштейн говорит, что их новая техника визуализации предлагает «еще один уровень биологии, который мы не смогли увидеть».

В этом процессе используется как световая микроскопия (которая может видеть молекулы даже в малонаселенных образцах), так и ДНК-микроскопия (которая отличается в образцах с плотной молекулой), и Вайнштейн считает, что эти два процесса хорошо дополняют друг друга.

Вайнштейн и исследовательская группа хотели объединить оптико-центрированную микроскопию, которая предлагает сложное понимание субклеточной структуры и действия, и микроскопию на основе диссекции, которая позволяет ученым получать генетическую информацию путем сшивания рассеченных образцов в одну полную картину.

Объединение этих двух методов микроскопии приносит пользу ученым, анализирующим образцы с генетически разнообразными группами клеток. Вайнштейн ссылается на иммунную систему как на прекрасный пример, объясняя, что гены иммунных клеток могут варьироваться до одной буквы ДНК. Эти тонкие изменения могут вызвать выработку существенно разных антител в клетке. Кроме того, если клетка обнаружена в тканях, это также может изменить выработку антител.

«Получая информацию непосредственно от изучаемых молекул, ДНК-микроскопия открывает новый способ связи генотипа с фенотипом», – сказал Чжан. Вайнштейн добавил, что, используя только один тип микроскопии, «вы получаете только часть картины ».

Во-первых, клетки выращивают и собирают в лаборатории и фиксируют в реакционной камере. Затем добавляется ряд штрих-кодов ДНК, которые прикрепляются к молекулам РНК, давая каждому уникальную метку. Затем, химическая реакция используется, чтобы сделать больше копий каждой меченой молекулы.

«Представьте, что каждая молекула представляет собой радиомачту, излучающую свой собственный сигнал наружу», – объясняет Вайнштейн.

Со временем меченые молекулы сталкиваются друг с другом и объединяются, образуя пары ДНК.

Затем для определения букв каждой молекулы в образце используется последовательность ДНК, что может занять до 30 часов. Затем алгоритм декодирует данные, которые, согласно документу, представляют приблизительно 50 миллионов букв ДНК генетических последовательностей из каждой исходной клетки.

Все эти данные затем преобразуются в изображения, что позволяет ученым «реконструировать в точности то, что вы видите под световым микроскопом», добавил Вайнштейн.

«Это совершенно новая категория микроскопии», – сказал Регев. «Это не просто новая техника, это способ делать вещи, которые мы никогда раньше не рассматривали».

Регев надеется, что этот новый метод микроскопии «разжигает воображение – что люди будут вдохновлены великими идеями, о которых мы никогда не думали»

        
      

Source link