2019-04-13 07:02:01
微小的点亮条形码通过闪烁来识别分子

杜克大学开发的一种成像技术可以让细胞内部同时观察数十种不同的分子 - 通过用短链的闪烁DNA标记它们,它们以自己独特的节奏闪烁。

“这个想法就是一切都有自己的心跳,”第一作者Shalin Shah博士说。杜克大学的电气和计算机工程和计算机科学专业的学生。 “我们将这些时间信号称为'时间条码。'”

当附着在细胞或其他物体上并观察足够的时间时,这些条形码可用于检测和分辨分子尺度上的任何数量的东西 - 包括人体需要运作和生长的成千上万的隐藏的特定蛋白质。

该技术通过使用两条互补的DNA链在溶液中碰撞时的短暂相互作用而起作用。一条链与研究人员想要研究的分子相连。另一种是自由漂浮的,带有荧光染料,当两条线对配对时会亮起,然后一旦它们分开就会变暗。随着时间的推移在显微镜下观察时,绑定和解除绑定会创建一个独特的闪烁模式,解码后会充当指纹。

传统技术使用不同颜色的染料区分分子,或者使用一种颜色但不同的DNA序列并逐步成像,在移动到下一个目标之前将它们从一个目标上洗掉。

沙阿和他的同事说他们可以做得更好。

与橡树岭国家实验室的杜克计算机科学教授John Reif和博士后研究员Abhishek Dubey合作,该团队的方法增加了可以用单一染料颜色区分的不同信号的数量。但是,不是像以前的单色方法那样依赖多个DNA序列,而是保持自由漂浮链的序列相同,而是调整与感兴趣的分子相连的链上的重复序列的长度或数量。这使他们可以产生不同频率,持续时间和亮度的闪光。

在4月5日在线发表在ACS合成生物学杂志上的一篇论文中,计算机模拟表明理论上可以同时区分多达56种不同的分子,每种分子以相同的颜色闪烁。如果使用多种染料颜色,则数量为数千个。研究人员说,他们的技术也能够以其他方法的一小部分成本完成,并且随着时间的推移不会在显微镜的眩光下褪色。

在3月21日发表于Nano Letters期刊的同伴论文中,该团队还在实验室测试了他们的方法。 Shah和Reif设计了七种不同的DNA装置,将它们连接到玻璃表面,并使用荧光显微镜对它们进行成像。通过不到一个小时的数据,他们能够使用每个设备独特的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。 “发出的时间强度信号是不同的,可以作为指纹。”

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