电子显微镜中基因表达的彩色成像

Helmholtz Zentrum Muenchen的研究人员开发了一种用电子显微镜观察细胞基因表达的方法。尽管电子显微镜目前提供了对细胞最详细的观察，但它无法区分哪些遗传程序在单个细胞内运行。现在，通过使用不同大小的基因编程纳米球作为“多色”标记，新方法可以进一步研究，这甚至可以帮助研究记忆如何存储在神经元网络中。

细胞究竟发生了什么?这个问题让科学家们忙碌了几十年。为了标记小结构，科学家一直在使用荧光蛋白。该方法效果很好但由于光学显微镜的分辨率相对较差而具有缺点。虽然电子显微镜可以让人仔细观察，但Gil Gregor Westmeyer教授说，“到目前为止，这种技术的细胞多色遗传标记几乎没有任何解决方案，因此可以直接将不同的细胞区分开来。” 他领导了HelmholtzZentrumMünchen的生物和医学成像研究所(IBMI)的研究小组，并且是TUM医学院的分子成像教授。

纳米隔室作为电子显微镜的多色标签

Westmeyer及其同事已经使用所谓的胶囊蛋白一段时间了。这些是来自细菌的小的无毒蛋白质。Encapsulins自动组装成纳米隔室，其中化学反应可以在不干扰细胞代谢的情况下运行。根据实验条件，通过遗传编程在活细胞内形成具有不同直径的纳米小室。“类似于荧光显微镜中的颜色调色板，我们的方法将几何形状转变为电子显微镜的标签，”Westmeyer研究小组的Felix Sigmund补充道。

为了在电子显微镜的图像中获得强烈对比，研究人员使用了酶铁氧化酶，它可以封装在胶囊蛋白的内部。如果铁离子通过纳米隔室的孔进入内腔，则二价铁离子被酶氧化成它们的三价形式。这会产生残留在里面的不溶性氧化铁。金属产生良好的对比，因为它们“吞噬”电子 - 与X射线图像中的致密骨骼相当，后者强烈吸收X射线。包封素的这种特殊材料特性使它们在图像中清晰可见。

继神经元之后

通过他们的新方法，研究人员现在还将研究神经回路。尽管电子显微镜具有令人印象深刻的分辨率，但该方法无法可靠地区分大脑内某些类型的神经元。“通过我们新的报告基因，我们可以标记特定的细胞，然后读出哪种类型的神经细胞可以建立哪种连接以及细胞处于哪种状态，”Westmeyer补充道。

因此，这种新的报告技术也可以帮助揭示大脑的确切接线图，并更深入地研究记忆在神经元网络中的存储方式。

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