一項(xiàng)在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的令人吃驚的新研究表明，超聲波可以幫助科學(xué)家了解特定基因在活細(xì)胞中是處于活躍狀態(tài)還是不活躍狀態(tài)。這一令人難以置信的壯舉有望改變科學(xué)家對(duì)許多活細(xì)胞活動(dòng)的研究方式，從腫瘤的生長(zhǎng)到神經(jīng)元功能。

超聲掃描已經(jīng)成為醫(yī)生和病人醫(yī)療經(jīng)驗(yàn)的一個(gè)主要部分。然而，它們?cè)谘芯炕罴?xì)胞方面也很重要，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)造成重大傷害。準(zhǔn)確，物美價(jià)廉，簡(jiǎn)單易學(xué)，超聲掃描還有幾個(gè)驚喜在店里..

細(xì)胞不斷地關(guān)閉和打開(kāi)基因來(lái)調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。傳統(tǒng)上，激活基因的檢測(cè)涉及使用綠色熒光蛋白（GFP）等熒光標(biāo)記，當(dāng)基因活躍時(shí)，熒光標(biāo)記會(huì)發(fā)光。這是眾所周知的，對(duì)于培養(yǎng)的細(xì)胞，可以檢查在他們的培養(yǎng)皿，但在一個(gè)有機(jī)體的體內(nèi)，如何看到這樣的熒光？

研究人員得出了一個(gè)結(jié)論：使用超聲波，一種非侵入性和無(wú)害的技術(shù)，觀察活體并提取這些細(xì)胞。但他們遇到了另一個(gè)困難：?jiǎn)蝹€(gè)細(xì)胞不能用常用的超聲波波長(zhǎng)來(lái)區(qū)分。

然后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一些生活在水中的細(xì)菌，并在微觀尺度上產(chǎn)生蛋白質(zhì)包裹的氣泡，以保持自己的漂浮。通過(guò)增加到達(dá)超聲探頭的反射波的數(shù)量，這使得宿主細(xì)胞能夠被超聲波高度檢測(cè)到。

去年，當(dāng)研究人員在活著的老鼠的腸道中植入了通過(guò)注入氣泡形成基因而被修飾的腸道細(xì)菌時(shí)，這個(gè)概念就被提出了。利用超聲波，他們能夠檢測(cè)到腸道中的細(xì)菌簇。

但是細(xì)菌基因不像哺乳動(dòng)物基因那樣工作，所以他們接下來(lái)致力于調(diào)整他們的技術(shù)，使同樣的基因在哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)工作。例如，每個(gè)細(xì)菌基因都需要一個(gè)啟動(dòng)子，它打開(kāi)由該基因編碼的蛋白質(zhì)的產(chǎn)生過(guò)程。啟動(dòng)子可以而且通常是由許多細(xì)菌基因共同組成的。

但是哺乳動(dòng)物的基因更嚴(yán)格：每個(gè)基因都需要自己的啟動(dòng)子。研究人員巧妙地使用一種病毒蛋白將幾個(gè)細(xì)菌基因粘在一起，這樣他們就可以“愚弄”哺乳動(dòng)物細(xì)胞，把它們看作是一個(gè)單一的哺乳動(dòng)物基因，并用一個(gè)啟動(dòng)子打開(kāi)它們。

通過(guò)這種方式，他們成功地證明了九個(gè)以三個(gè)質(zhì)粒形式插入的細(xì)菌基因在一個(gè)培養(yǎng)皿中的人胚胎腎（HEK）細(xì)胞內(nèi)引起了令人滿意的氣泡形成..這是第一次有六個(gè)以上的基因從一個(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)移到哺乳動(dòng)物細(xì)胞。

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超聲掃描發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞的存在，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)沒(méi)有形成氣泡的對(duì)照細(xì)胞。

他們通過(guò)使用一種技術(shù)來(lái)通過(guò)增加超聲波壓力來(lái)放氣氣泡來(lái)提高分辨率，這使得背景和含氣泡信號(hào)之間有了明確的區(qū)別。這似乎并沒(méi)有傷害細(xì)胞，可以重復(fù)閱讀。

因此，這些基因充當(dāng)分子報(bào)告器，信號(hào)在細(xì)胞內(nèi)的活性基因的存在，是由超聲波掃描檢測(cè)到的。研究人員稱(chēng)之為哺乳動(dòng)物聲學(xué)報(bào)告基因（mARGs）。

他們創(chuàng)造了一系列HEK克隆，當(dāng)啟動(dòng)子暴露于藥物多西環(huán)素中時(shí)，持續(xù)產(chǎn)生氣泡，即使在與其他細(xì)胞混合時(shí)，也可以在2.5%的低濃度下檢測(cè)到。然后他們把這些細(xì)胞放入老鼠體內(nèi)。這些產(chǎn)生小鼠腫瘤，然后誘導(dǎo)表達(dá)mARGs通過(guò)治療小鼠多西環(huán)素。

當(dāng)用GFP成像時(shí)，腫瘤表現(xiàn)為非特異性的綠色斑塊，缺乏任何精確的報(bào)告基因定位。然而，超聲顯示出更清晰的圖像。只有腫瘤邊界的細(xì)胞顯示氣泡形成，這表明MARG激活。

由于最大的血管化是在腫瘤的周?chē)?，這一區(qū)域被認(rèn)為是對(duì)多西環(huán)素的最高反應(yīng)。多普勒超聲證實(shí)了這種新血管生長(zhǎng)的模式。組織后來(lái)被顯微鏡檢查，證實(shí)活性基因只存在于腫瘤周?chē)?/p>

因此，基因工程結(jié)構(gòu)可以用來(lái)監(jiān)測(cè)哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)特定基因的存在和功能。光學(xué)記者顯示存在特定的激活基因，允許在混合樣本中檢測(cè)到特定的細(xì)胞群體，但通常僅在培養(yǎng)或組織活檢樣本中檢測(cè)到..相反，目前的技術(shù)允許非侵入性地檢測(cè)基因在體內(nèi)的表達(dá)。

加州神經(jīng)科學(xué)家斯里坎特·查拉薩尼說(shuō)，所使用的技術(shù)非常復(fù)雜，大多數(shù)研究人員無(wú)法利用這種方法。然而，研究人員期待著改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，通過(guò)修改基因結(jié)構(gòu)，使其更加方便和通用。