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Science发布新技术:超声“看到”体内的基因表达

2019/9/30 9:45:02??????点击:

现代细胞生物学家工具箱中有一些特别重要的工具,那就是能报告细胞的功能的特殊DNA片段,这些DNA被称为报告基因,使研究人员可以通过观察遗传程序的开启和关闭,了解细胞的功能。

其中一种经常用到的就是绿色荧光蛋白(GFP),如果研究人员想了解有关细胞如何成为神经元的更多信息,他们可以将GFP基因与神经元基因一起插入胚胎的DNA中。当胚胎的细胞打开神经元基因时,它们也会表达GFP基因,从而细胞发出绿色光,这使研究人员知道了编码神经元形成的遗传程序是活跃的。


尽管这一技术一直在使用,但它有一个很大的局限性:由于光线无法很好地穿透大多数生物组织,因此GFP基因无法用于监测生物体内深层细胞的活性。而现在,来自加州理工学院的Mikhail Shapiro研究组提出了新的方法,他们开发出了一种报告基因,能够使用超声波观察遗传活性(超声波可以穿透组织深处)。

这一研究发现公布在9月27日的Science杂志上。

这种“声学报告基因(acoustic reporter genes)”是在一种漂浮细菌的蛋白质,这些细菌形成包含微小充满空气的蛋白质小室,也就是气体囊泡。

除具有浮力外,气体囊泡还具有另一个有用的特性:它们在超声成像中表现出强烈的优势。如果研究人员能够找到一种在特定的遗传程序活跃时对细胞进行工程改造,形成这些纳米结构的方法,那么用超声检测时,细胞就会凸显出来。

为了验证这种方法,研究人员进行了对照实验,他们在一些癌细胞中引入了这种结构,另外则不用,然后将癌细胞分别注射到小鼠体内,诱导生成癌症。结果表明,有特殊结构的一侧,超声成像清楚的看到了特殊的报告基因表达。

研究人员表示希望通过进一步的改进,世界各地的生物学家能利用这个技术,使用超声波研究模型生物,分析自然生物学环境中的细胞,并希望医生有朝一日可以使用超声波来监测患者情况。

Shapiro说:“20多年前,我们就开始改善荧光蛋白,现在我们还可以用20年的时间来改善我们开发的蛋白质。”

原文标题:

Ultrasound imaging of gene expression in mammalian cells,