單細(xì)胞分析技術(shù)：靈敏100倍的檢測方法

隨著對細(xì)胞生理研究的逐漸深入，科學(xué)家們開始解析單個細(xì)胞的行為，這是因?yàn)榧词故峭瑯拥倪z傳物質(zhì)，同樣的周邊環(huán)境，這些細(xì)胞還是會朝著不同的方向發(fā)展，有時還會生成不同的功能，而且單個細(xì)胞的變化還關(guān)系到癌癥，神經(jīng)疾病等疾病。

然而要分析單個細(xì)胞，卻不是那么容易的事情，在基因表達(dá)分析中占據(jù)主要位置的DNA芯片這種分析方法，由于靈敏度不夠，所以不足以發(fā)現(xiàn)單個細(xì)胞水平上的差異，但是從單個細(xì)胞中挑選少量RNAs，或者蛋白也不容易做到，而且如果還要分析細(xì)胞的動力學(xué)因素，那就不只是繁瑣實(shí)驗(yàn)的問題，還需要物理學(xué)，機(jī)械學(xué)，和生物學(xué)的多方配合。

來自維吉尼亞州大學(xué)，伊利諾斯大學(xué)的研究人員在單細(xì)胞動力學(xué)研究方面就遇到了這種問題：細(xì)胞在移動過程（包括相互黏連，或者到細(xì)胞外基質(zhì)中去）中需要借助分子力前進(jìn)或者后退，研究人員希望能分析單個細(xì)胞中的這種機(jī)械力。

維吉尼亞州大學(xué)的Martin Schwartz教授研究組為此發(fā)明了一種傳感器，這種生物傳感器能在活體中測量蛋白所承受力，研究人員利用這一傳感器發(fā)現(xiàn)了粘著斑蛋白承受力的奧秘。

細(xì)胞對物理力量做出響應(yīng)的能力對于發(fā)育和生理來說都是根本性的，包括血液、細(xì)胞粘附和遷移的調(diào)控。難以對活體細(xì)胞中的分子力進(jìn)行測量的難度限制了對此現(xiàn)象的研究。

新開發(fā)的這種傳感器就是一種基因編碼的熒光張力感應(yīng)模塊，該模塊能夠在活體中測量穿過特定蛋白的機(jī)械力。研究人員利用這種傳感器對粘著斑蛋白進(jìn)行了測試——粘著斑蛋白是一種膜-細(xì)胞骨架蛋白，它被吸引到粘著斑上，并將細(xì)胞粘附分子（整合素）與肌動蛋白細(xì)絲相連。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)粘著斑蛋白承受力的能力決定粘著斑在力的作用下是整合還是分解。

這種新型生物傳感器應(yīng)能應(yīng)用于力傳導(dǎo)中所涉及的其它蛋白，主要優(yōu)點(diǎn)就是能的分析涉及的機(jī)械力，而且靈敏度高，比一般方法的靈敏度至少高100倍，也能用于檢測細(xì)胞膜表面變形情況。缺點(diǎn)就是蛋白接觸傳感器會改變蛋白的功能，因此研究人員需要花費(fèi)較多的時候嘗試。

另外一個方面，來自伊利諾斯大學(xué)Taekjip Ha教授則利用了單分子熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)（FRET）分析了DNA解鏈酶的運(yùn)動過程，他們將兩種染料分別連接到單鏈DNA的兩個末端，從而能直接觀察到DNA鏈的作用方式，結(jié)果研究人員發(fā)現(xiàn)這兩種染料能相互靠近，然后又分開，這樣重復(fù)，其中PcrA螺旋酶并沒有沿著單鏈尾部移動，而是與DNA鏈斷裂端結(jié)合，拉動DNA使之與結(jié)合蛋白分離。當(dāng)這一過程結(jié)束的時候，PcrA就會松開。

這里運(yùn)用到的單分子熒光技術(shù)實(shí)際上就是大家熟悉的單分子熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)，這種技術(shù)是指當(dāng)兩種不同的熒光生色團(tuán)離的較近，且其中一種生色團(tuán)（供體, donor）的發(fā)射譜與另一種生色團(tuán)（受體, acceptor）的激發(fā)譜有相當(dāng)程度的重疊時，當(dāng)供體被激發(fā)時，受體會因供體激發(fā)能的轉(zhuǎn)移而被激發(fā)。其直觀表現(xiàn)就是供體產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度較其單獨(dú)存在時要低的多，而受體發(fā)射的熒光卻大大增強(qiáng)，同時伴隨它們熒光壽命的相應(yīng)縮短和延長。

這種技術(shù)是目前研究蛋白質(zhì)相互作用比較成熟、已被廣泛應(yīng)用的幾種方法之一，而用于DNA與蛋白之間的相互作用關(guān)系研究則是近年來動態(tài)結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。

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