Science子刊：功能基因組學新型平臺

日期：2012-05-26 08:04:03

十多年前，研究人員發現了細胞沉默基因的一種古老的機制。就如同用調光開關關燈一樣，RNA干擾(RNAi)在簡單生物體以及人類中下調基因活性。科學家們抓住RNAi作為一種工具來“關小”基因確定它們的功能，這一研究領域稱之為功能基因組學。

為了充分利用RNAi技術進行疾病研究，博德研究所的科學家們開發出RNAi平臺旨在努力構建一個能夠靶向人類和小鼠基因組中的每個基因的RNAi試劑庫。他們的努力終于換來了能與科學界公開分享的一個大型的、良好的RNAi試劑集。這一平臺還增加了稱為開放閱讀框（ORFs）的互補試劑資源來“打開”基因。

盡管該平臺的試劑庫成為了探究基因功能的強大工具，科學家們還希望能利用它們來解決面對的成本、通道和通量等限制。除了所需的專門設備，現有的篩查方法需要耗費大量的細胞、試劑和病毒。幾年前，博德研究所一個研究小組的研究人員提出如果能夠縮小整個過程使得大規模篩查更快更廉價，那么將使得更多地方的更多科學家們能夠利用這一巨大的資源。

現在他們的努力換來了一種稱為MicroSCALE（空間局限粘性慢病毒特征芯片）新型的、便攜式的“細胞芯片”，這種芯片克服了現有功能基因組學方法的局限。這一篩選設備代表了該平臺探究基因功能的工具箱中另一個創新工具。領導這一研究的是博德研究所資深準會員、懷特黑德生物醫學研究所成員David Sabatini。此外，研究人員還證實了這一芯片的性能，利用它揭示了黑色素瘤耐藥的潛在基因及信號通路。這一研究的部分資金由博德研究所科學規劃和資源分配委員會（SPARC）資助，相關論文發布在5月15日的《科學信號》（Science Signaling）雜志上。

新研究的首作者、Sabatini 實驗室博士后學者Kris Wood, 說：“博德研究所的RNAi 和ORF庫代表了一項巨大的投資，堪稱是世界上從事功能基因組學研究的最好工具。然而，一旦獲得開發，實際上利用這些工具來探討某些生物學問題還可能存在困難，這是由于與篩選方式有關的邏輯和經濟現實所致。”

研究人員的目的是開發一種能夠克服當前篩選方法難題的新系統。一種稱為基于多孔板的篩選方法（multi-well plate-based screening）是開展功能性篩查的歷史性金標準。這種篩查方法是通用的，但是它需要大量的細胞、顯著的試劑成本，以及當前尚未廣泛使用的先進設備。一種稱為混合篩選（pooled screening）的新方法可在一個細胞培養皿中同時對數千種不同的病毒進行檢測。這種方法相對于多孔板篩選更有效和廉價。但是它限制了細胞測量的種類，且需要相當數量的細胞和勞力。

為了克服這些方法的局限，獲得它們最好的特性即多空板篩查的分析通用性和混合篩查的有效性，研究小組著手構建一種使該過程小型化的系統。研究人員設計了一個系統，在其載玻片上印有一千到五千個微型特異細胞粘附凝膠點。他們接下來設計了一種集中RNAi和ORF傳遞病毒的方法以確保每次添加一個獨特的病毒到每個點上。