<p>當(dāng)細(xì)胞執(zhí)行日常功能時，它們會開啟各種基因和細(xì)胞通路。麻省理工學(xué)院的工程師們現(xiàn)在已經(jīng)誘導(dǎo)細(xì)胞將這些事件的歷史記錄在一條可以用光學(xué)顯微鏡成像的長蛋白質(zhì)鏈中。</p> <p>&nbsp;</p> <p>被編程產(chǎn)生這些鏈的細(xì)胞不斷添加編碼特定細(xì)胞事件的構(gòu)建塊。隨后，這些有序的蛋白質(zhì)鏈可以用熒光分子標(biāo)記，并在顯微鏡下讀取，使研究人員能夠重建事件發(fā)生的時間。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項技術(shù)可以幫助闡明記憶形成、對藥物治療的反應(yīng)和基因表達(dá)等過程的基礎(chǔ)步驟。</p> <p>&nbsp;</p> <p>愛德華&middot;博伊登說:&ldquo;在器官或身體尺度上，有很多變化發(fā)生在幾小時到幾周的時間里，這些變化是無法隨著時間追蹤的。&rdquo;他是Y. Eva Tan神經(jīng)技術(shù)教授，麻省理工學(xué)院生物工程、大腦和認(rèn)知科學(xué)教授，霍華德&middot;休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員，麻省理工學(xué)院麥戈文大腦研究所和科赫綜合癌癥研究所的成員。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員說，如果這項技術(shù)可以延長工作時間，它也可以用于研究衰老和疾病進(jìn)展等過程。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Boyden是這項研究的資深作者，該研究發(fā)表在今天的《自然生物技術(shù)》雜志上。令湖長陽，前麥戈文研究所J. Douglas Tan博士后研究員，現(xiàn)任密歇根大學(xué)助理教授，是該論文的第一作者。</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>手機(jī)的歷史</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>生物系統(tǒng)，如器官，包含許多不同種類的細(xì)胞，它們都有不同的功能。研究這些功能的一種方法是對細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、RNA或其他分子進(jìn)行成像，這可以為細(xì)胞的活動提供線索。然而，大多數(shù)這樣做的方法只提供了一個瞬間的一瞥，或者對非常大的細(xì)胞群不起作用。</p> <p>&nbsp;</p> <p>例如，人腦有860億個細(xì)胞。&rdquo;令狐說。&ldquo;為了了解這些生物系統(tǒng)，我們需要觀察這些大細(xì)胞群中隨著時間的推移發(fā)生的生理事件。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，研究小組提出了將細(xì)胞事件記錄為一系列不斷添加到鏈上的蛋白質(zhì)亞基的想法。為了創(chuàng)造它們的鏈，研究人員使用了工程蛋白亞基，這種亞基通常不存在于活細(xì)胞中，可以自組裝成長絲。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員設(shè)計了一種基因編碼系統(tǒng)，其中一種亞基在細(xì)胞內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生，而另一種只在特定事件發(fā)生時產(chǎn)生。每個亞基還包含一個非常短的肽，稱為表位標(biāo)簽&mdash;&mdash;在這種情況下，研究人員選擇了稱為HA和V5的標(biāo)簽。這些標(biāo)簽中的每一個都可以結(jié)合到不同的熒光抗體上，這樣就可以很容易地看到標(biāo)簽，并確定蛋白質(zhì)亞基的序列。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在這項研究中，研究人員將含有v5的亞基的產(chǎn)生取決于一種名為c-fos的基因的激活，這種基因與編碼新記憶有關(guān)。ha標(biāo)記的亞基構(gòu)成了鏈的大部分，但只要V5標(biāo)記出現(xiàn)在鏈中，就意味著c-fos在這段時間被激活了。</p> <p>&nbsp;</p> <p>令虎說:&ldquo;我們希望利用這種蛋白質(zhì)自我組裝來記錄每個細(xì)胞的活動。&rdquo;&ldquo;它不僅是時間的快照，還記錄了過去的歷史，就像樹木年輪隨著時間的推移可以永久存儲信息一樣。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>記錄事件</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>在這項研究中，研究人員首先使用他們的系統(tǒng)記錄了在實驗室培養(yǎng)皿中生長的神經(jīng)元中c-fos的激活情況。c-fos基因通過化學(xué)誘導(dǎo)神經(jīng)元的激活被激活，這導(dǎo)致V5亞基被添加到蛋白質(zhì)鏈中。</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了探索這種方法是否適用于動物的大腦，研究人員對小鼠的腦細(xì)胞進(jìn)行編程，使其產(chǎn)生蛋白質(zhì)鏈，從而揭示動物何時接觸到特定的藥物。后來，研究人員通過保存組織并用光學(xué)顯微鏡分析來檢測暴露。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員將他們的系統(tǒng)設(shè)計成模塊化，這樣就可以交換不同的表位標(biāo)簽，或者可以檢測到不同類型的細(xì)胞事件，原則上包括細(xì)胞分裂或蛋白質(zhì)激酶的激活，這些酶有助于控制許多細(xì)胞通路。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員還希望延長他們所能實現(xiàn)的記錄時間。在這項研究中，他們在組織成像前記錄了幾天的事件。在可以記錄的時間量和時間分辨率或事件記錄的頻率之間存在權(quán)衡，因為蛋白質(zhì)鏈的長度受限于細(xì)胞的大小。</p> <p>&nbsp;</p> <p>令虎說:&ldquo;它能存儲的信息總量是固定的，但原則上我們可以減慢或加快鏈的增長速度。&rdquo;&ldquo;如果我們想記錄更長的時間，我們可以放慢合成速度，讓它在兩周內(nèi)達(dá)到細(xì)胞的大小。這樣我們就可以記錄更長的時間，但時間分辨率更低。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員還致力于對系統(tǒng)進(jìn)行工程設(shè)計，通過增加可以合并的不同子單元的數(shù)量，使其可以在同一鏈中記錄多種類型的事件。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項研究由Hock E. Tan和K. Lisa Yang自閉癥研究中心、John Doerr、美國國立衛(wèi)生研究院、國家科學(xué)基金會、美國陸軍研究辦公室和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所資助。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>