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電子顯微鏡中基因表達(dá)的彩色成像

2019-07-01 09:53:41 ? 來(lái)源：

Helmholtz Zentrum Muenchen的研究人員開(kāi)發(fā)了一種用電子顯微鏡觀察細(xì)胞基因表達(dá)的方法。盡管電子顯微鏡目前提供了對(duì)細(xì)胞最詳細(xì)的觀察，但它無(wú)法區(qū)分哪些遺傳程序在單個(gè)細(xì)胞內(nèi)運(yùn)行。現(xiàn)在，通過(guò)使用不同大小的基因編程納米球作為“多色”標(biāo)記，新方法可以進(jìn)一步研究，這甚至可以幫助研究記憶如何存儲(chǔ)在神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中。

細(xì)胞究竟發(fā)生了什么?這個(gè)問(wèn)題讓科學(xué)家們忙碌了幾十年。為了標(biāo)記小結(jié)構(gòu)，科學(xué)家一直在使用熒光蛋白。該方法效果很好但由于光學(xué)顯微鏡的分辨率相對(duì)較差而具有缺點(diǎn)。雖然電子顯微鏡可以讓人仔細(xì)觀察，但Gil Gregor Westmeyer教授說(shuō)，“到目前為止，這種技術(shù)的細(xì)胞多色遺傳標(biāo)記幾乎沒(méi)有任何解決方案，因此可以直接將不同的細(xì)胞區(qū)分開(kāi)來(lái)。” 他領(lǐng)導(dǎo)了HelmholtzZentrumMünchen的生物和醫(yī)學(xué)成像研究所(IBMI)的研究小組，并且是TUM醫(yī)學(xué)院的分子成像教授。

納米隔室作為電子顯微鏡的多色標(biāo)簽

Westmeyer及其同事已經(jīng)使用所謂的膠囊蛋白一段時(shí)間了。這些是來(lái)自細(xì)菌的小的無(wú)毒蛋白質(zhì)。Encapsulins自動(dòng)組裝成納米隔室，其中化學(xué)反應(yīng)可以在不干擾細(xì)胞代謝的情況下運(yùn)行。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，通過(guò)遺傳編程在活細(xì)胞內(nèi)形成具有不同直徑的納米小室。“類(lèi)似于熒光顯微鏡中的顏色調(diào)色板，我們的方法將幾何形狀轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮语@微鏡的標(biāo)簽，”Westmeyer研究小組的Felix Sigmund補(bǔ)充道。

為了在電子顯微鏡的圖像中獲得強(qiáng)烈對(duì)比，研究人員使用了酶鐵氧化酶，它可以封裝在膠囊蛋白的內(nèi)部。如果鐵離子通過(guò)納米隔室的孔進(jìn)入內(nèi)腔，則二價(jià)鐵離子被酶氧化成它們的三價(jià)形式。這會(huì)產(chǎn)生殘留在里面的不溶性氧化鐵。金屬產(chǎn)生良好的對(duì)比，因?yàn)樗鼈?ldquo;吞噬”電子 - 與X射線圖像中的致密骨骼相當(dāng)，后者強(qiáng)烈吸收X射線。包封素的這種特殊材料特性使它們?cè)趫D像中清晰可見(jiàn)。

繼神經(jīng)元之后

通過(guò)他們的新方法，研究人員現(xiàn)在還將研究神經(jīng)回路。盡管電子顯微鏡具有令人印象深刻的分辨率，但該方法無(wú)法可靠地區(qū)分大腦內(nèi)某些類(lèi)型的神經(jīng)元。“通過(guò)我們新的報(bào)告基因，我們可以標(biāo)記特定的細(xì)胞，然后讀出哪種類(lèi)型的神經(jīng)細(xì)胞可以建立哪種連接以及細(xì)胞處于哪種狀態(tài)，”Westmeyer補(bǔ)充道。

因此，這種新的報(bào)告技術(shù)也可以幫助揭示大腦的確切接線圖，并更深入地研究記憶在神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中的存儲(chǔ)方式。

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