華裔NIH創(chuàng)新獎(jiǎng)得主Nature獲單細(xì)胞技術(shù)突破
日期：2012-06-25 08:05:07
來自加州理工學(xué)院的研究人員發(fā)表了題為“Single-cell systems biology by super-resolution imaging and combinatorial labeling”的文章，采用了一種簡(jiǎn)單有效的技術(shù)策略，解決了熒光顯微技術(shù)中，無法同時(shí)觀察多種分子種類的問題，讓系統(tǒng)生物學(xué)進(jìn)入單細(xì)胞時(shí)代！這一研究成果公布在Nature Methods雜志上。
領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是加州理工學(xué)院華裔科學(xué)家蔡龍(Long Cai)，蔡博士畢業(yè)于哈佛學(xué)院，去年曾榮獲美國(guó)衛(wèi)生研究院“創(chuàng)新獎(jiǎng)”。
在Nature Methods評(píng)出的幾年的值得關(guān)注技術(shù)中，單細(xì)胞技術(shù)都榜上有名，這是一種相對(duì)于群體細(xì)胞研究，針對(duì)單個(gè)細(xì)胞的研究技術(shù)。由于培養(yǎng)基或者機(jī)體中的細(xì)胞存在多樣性，或者說是異質(zhì)性，這為許多實(shí)驗(yàn)分析造成了障礙。可以說，隨著現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展，“平均值”這個(gè)詞已經(jīng)不能滿足我們的需要了，我們要了解細(xì)胞之間的差異性。
然而要進(jìn)行單細(xì)胞分析也困難重重，從技術(shù)上說也存在幾個(gè)方面的問題。首先無論是針對(duì)一個(gè)特異性大分子，還是在OMIC水平上進(jìn)行分子分析，都存在單細(xì)胞提取物數(shù)量少，難以分析的困難，這甚至可以說是不可能完成的，因此增加靈敏度勢(shì)在必行。除此之外高通量分析也是一個(gè)瓶頸，要想獲得單細(xì)胞分析確切的分析結(jié)果，研究人員必須快速而準(zhǔn)確的分析多個(gè)細(xì)胞，這并不容易。
傳統(tǒng)的熒光顯微技術(shù)在探索單細(xì)胞調(diào)控網(wǎng)絡(luò)方面，是一個(gè)有力的工具，但是這種技術(shù)熒光基團(tuán)光譜的重疊，限制了同時(shí)觀察分子種類的數(shù)量。由此在這篇文章中，研究人員采用了一種簡(jiǎn)單，但是有效的技術(shù)策略，解決了這個(gè)問題。
這種方法利用了超高分辨率顯微技術(shù)，并結(jié)合分子標(biāo)記，極大的提高了單細(xì)胞中多重分子檢測(cè)能力。近年來，超分辨率顯微鏡領(lǐng)域取得了大量的成果，空間分辨率不斷提高，這些技術(shù)大大提高科學(xué)家們獲得單細(xì)胞結(jié)構(gòu)清晰圖譜的能力。
研究人員利用熒光原位雜交FISH制成一種獨(dú)特的熒光基團(tuán)組合，用以標(biāo)記mRNAs，解決了測(cè)序，和SRM熒光基團(tuán)結(jié)合問題。通過實(shí)驗(yàn)，他們同時(shí)在單個(gè)釀酒酵母細(xì)胞中，同時(shí)分析了32個(gè)基因的mRNA表達(dá)水平。
這項(xiàng)研究證明結(jié)合標(biāo)記，和超高分辨率成像技術(shù)，將能簡(jiǎn)單有效的讓系統(tǒng)生物學(xué)進(jìn)入單細(xì)胞時(shí)代。
同時(shí)Nature Methos雜志還公布了另外一項(xiàng)超高分辨率顯微單細(xì)胞研究成果，研究人員利用超分辨率顯微鏡解析了相比過去能看到的小一個(gè)數(shù)量級(jí)的細(xì)胞元件。這使得研究人員能夠挖掘到從前無法觸及的信息，解答新的生物學(xué)問題。
研究人員提出了一種基于全局優(yōu)化的新方法，采用壓縮傳感，無需估計(jì)和推斷成像中的分子數(shù)量。他們證實(shí)相比于其他的技術(shù)，壓縮傳感能夠兼容更高的分子密度，以三秒的時(shí)間分辨率顯示活細(xì)胞熒光蛋白標(biāo)記微管成像。他們利用STORM對(duì)黑腹果蠅S2細(xì)胞中免疫熒光染色的微管成像，利用少至100個(gè)照相機(jī)像幀通過壓縮傳感解析了鄰近微管，而單分子擬合方法則無法辨別這些結(jié)構(gòu)。他們對(duì)穩(wěn)定表達(dá)融合mEos2的tubulin的S2細(xì)胞進(jìn)行了活細(xì)胞STROM觀測(cè)。
