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華裔NIH創新獎得主Nature獲單細胞技術突破

日期:2012-06-25 08:05:07

來自加州理工學院的研究人員發表了題為“Single-cell systems biology by super-resolution imaging and combinatorial labeling”的文章,采用了一種簡單有效的技術策略,解決了熒光顯微技術中,無法同時觀察多種分子種類的問題,讓系統生物學進入單細胞時代!這一研究成果公布在Nature Methods雜志上。

 

領導這一研究的是加州理工學院華裔科學家蔡龍(Long Cai),蔡博士畢業于哈佛學院,去年曾榮獲美國衛生研究院“創新獎”。

 

Nature Methods評出的幾年的值得關注技術中,單細胞技術都榜上有名,這是一種相對于群體細胞研究,針對單個細胞的研究技術。由于培養基或者機體中的細胞存在多樣性,或者說是異質性,這為許多實驗分析造成了障礙。可以說,隨著現代生物學的發展,“平均值”這個詞已經不能滿足我們的需要了,我們要了解細胞之間的差異性。

 

然而要進行單細胞分析也困難重重,從技術上說也存在幾個方面的問題。首先無論是針對一個特異性大分子,還是在OMIC水平上進行分子分析,都存在單細胞提取物數量少,難以分析的困難,這甚至可以說是不可能完成的,因此增加靈敏度勢在必行。除此之外高通量分析也是一個瓶頸,要想獲得單細胞分析確切的分析結果,研究人員必須快速而準確的分析多個細胞,這并不容易。

 

傳統的熒光顯微技術在探索單細胞調控網絡方面,是一個有力的工具,但是這種技術熒光基團光譜的重疊,限制了同時觀察分子種類的數量。由此在這篇文章中,研究人員采用了一種簡單,但是有效的技術策略,解決了這個問題。

 

這種方法利用了超高分辨率顯微技術,并結合分子標記,極大的提高了單細胞中多重分子檢測能力。近年來,超分辨率顯微鏡領域取得了大量的成果,空間分辨率不斷提高,這些技術大大提高科學家們獲得單細胞結構清晰圖譜的能力。

 

研究人員利用熒光原位雜交FISH制成一種獨特的熒光基團組合,用以標記mRNAs,解決了測序,和SRM熒光基團結合問題。通過實驗,他們同時在單個釀酒酵母細胞中,同時分析了32個基因的mRNA表達水平。

 

這項研究證明結合標記,和超高分辨率成像技術,將能簡單有效的讓系統生物學進入單細胞時代。

 

同時Nature Methos雜志還公布了另外一項超高分辨率顯微單細胞研究成果,研究人員利用超分辨率顯微鏡解析了相比過去能看到的小一個數量級的細胞元件。這使得研究人員能夠挖掘到從前無法觸及的信息,解答新的生物學問題。

 

研究人員提出了一種基于全局優化的新方法,采用壓縮傳感,無需估計和推斷成像中的分子數量。他們證實相比于其他的技術,壓縮傳感能夠兼容更高的分子密度,以三秒的時間分辨率顯示活細胞熒光蛋白標記微管成像。他們利用STORM對黑腹果蠅S2細胞中免疫熒光染色的微管成像,利用少至100個照相機像幀通過壓縮傳感解析了鄰近微管,而單分子擬合方法則無法辨別這些結構。他們對穩定表達融合mEos2tubulinS2細胞進行了活細胞STROM觀測。

 


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