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研究人員通過3D鏡頭觀察DNA

2018-12-24 12:24:12 ? 來源：

DNA序列在計算機屏幕上被二維解碼成一串基礎A，T，C和G，但需要三維思維來理解我們DNA變化的影響以及使用DNA分子來解決問題。本月，我們將探索兩項研究 - 一項研究揭示DNA在慢性疼痛中的功能作用，另一項研究DNA形成有用的形狀 - 這兩項研究都是將二維數(shù)據(jù)轉化為可以改善我們四維生活的三維思維的進步。

在自然醫(yī)學領域，麥吉爾大學的Robert Sorge博士和多國合作伙伴1通過了解基因線性DNA序列變化對3D的影響，確定了一種潛在的慢性疼痛新藥療法由該基因制成的蛋白質(zhì)。

慢性疼痛使患者和醫(yī)生都感到沮喪。雖然像剪紙一樣的傷害引起的疼痛會隨著愈合而消失，但慢性疼痛會延伸到最初的'ouch'，或者是由于持續(xù)的炎癥(慢性炎癥性疼痛)或神經(jīng)損傷(慢性神經(jīng)性疼痛)。兩種類型的慢性疼痛通常包括異常性疼痛的令人費解的狀態(tài)，由于通常非疼痛的事件(例如輕觸)引起的疼痛。雖然兩者都難以治療，但慢性炎癥性疼痛可能對布洛芬和嗎啡等可用藥物反應更好。不幸的是，慢性神經(jīng)性疼痛幾乎沒有有效的治療選擇，這是疾病的日益普遍的結果，包括糖尿病性神經(jīng)病變，纖維肌痛和中風以及包括截肢，放射和化療在內(nèi)的治療的副作用。

為了開始解決這種未得到滿足的治療需求，Sorge博士及其同事使用一種簡單，可重復的小鼠慢性疼痛模型來識別可能對人類慢性疼痛很重要的基因。他們對小鼠進行了手術，稱為神經(jīng)損傷，引起異常性疼痛，然后尋找疼痛越來越少的小鼠之間DNA序列的差異。(有關視覺演示，請在線查看此視頻2)。研究人員發(fā)現(xiàn)，基因P2RX7中有一個不同堿基的小鼠傷后疼痛比具有不同核苷酸的小鼠疼痛少。在二維DNA堿基串中這種A到G的單一變化使得小鼠在細胞的三維膜中產(chǎn)生更少的孔。像皮膚毛孔一樣，這些細胞毛孔調(diào)節(jié)物質(zhì)進出細胞的流動。了解這種3D效果后，他們開發(fā)出一種藥物，可以減少由于DNA序列而導致毛孔增多的小鼠毛孔數(shù)量，并發(fā)現(xiàn)該藥在神經(jīng)外科手術后降低了疼痛程度。

研究人員繼續(xù)研究人類的P2RX7基因。他們發(fā)現(xiàn)，如果人們有類似的DNA變異，毛孔減少，他們的慢性疼痛就會減少?；加新陨窠?jīng)性疼痛的人在乳腺癌手術后以及患有關節(jié)炎的慢性炎性疼痛的人中受傷，這種情況確實如此。這些研究結果表明，由于DNA序列而產(chǎn)生更多毛孔的人可能會從類似給予小鼠的藥物中獲益。

基于人的獨特DNA序列制造藥物被稱為藥物基因組學，但是開發(fā)這種靶向治療存在許多障礙。制造這些個性化藥物的一種技術是將DNA本身用作在體內(nèi)攜帶藥物的構件，稱為DNA納米技術。該方法需要操縱二維DNA堿基串以形成三維形狀。研究人員可以預測二維DNA串將如何組裝，因為DNA總是以可預測的A至T和C至G模式結合，形成均勻大小和形狀的強壯，剛性雙螺旋。DNA納米技術的概念自20世紀80年代初期就已存在，但隨著計算機技術和機器人技術已經(jīng)趕上實施這些想法，最近獲得了動力。

在本月的自然界中，哈佛大學Wyss生物啟發(fā)工程研究所的Bryan Wei博士及其同事3從稱為瓷磚的短片DNA中組裝了復雜的形狀。使用這些瓷磚，他們制作了從基本數(shù)字和字母到更復雜的表情符號和橡皮鴨子的二維形狀，以及三維管(見圖像)。這項工作不僅僅是有趣的藝術，它還提高了科學家在三個維度上操縱DNA的能力，這是為慢性疼痛等頑固問題開發(fā)針對性治療的重要一步。

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