革命性的显微镜和标记技术映射DNA突变

在布里斯托大学工作的科学家团队开发了一种新的纳米显微镜 - 由典型DVD播放器中的激光和光学器件提供动力。这项新技术被用于改变诊断和发现引起疾病的基因突变的方式。

这个显微镜每秒都映射数百个化学条形码的DNA分子，这是与弗吉尼亚联邦大学的Jason Reed教授领导的美国科学家团队合作开发的一种技术。

Reed教授的团队使用CRISPR-Cas9标记分子，这样它们的定位几乎与DNA测序一样准确，同时也能以更快的速度处理大部分基因组。

使用现成的DVD组件，布里斯托尔团队增强了他们的原子力显微镜(AFM)，使其能够以每秒数百个的速率将单个DNA分子的长度物理映射到数十个碱基对的分辨率。

这种前所未有的速度提升使这种DNA条形码方法首次用于实际诊断。

IBM科学家在1989年制定AFM技术并使用相关技术在原子级重新排列分子来拼出“IBM”时成为头条新闻。

AFM通过使用微型触控笔实现这种细节水平 - 类似于唱机上的针 - 几乎不接触被研材料的表面。

触笔和分子之间的相互作用产生图像。然而，传统的AFM对于医疗应用而言太慢，因此主要由材料科学的工程师使用。

该显微镜测量具有亚原子分辨率的单个DNA分子，同时创建大小达一百万个碱基对的图像。它使用DNA测序所需样品量的一小部分，大大缩短了测量时间。

布里斯托大学物理学院的Oliver Payton博士共同发明了纳米显微镜。他说：“利用每台DVD播放机中的激光聚焦机制，我们制造了一台显微镜，它具有分辨率和速度，可以测量样品表面上的每个分子。

“虽然其他类型的显微镜具有观察这些DNA分子的分辨率，但它们的速度要慢几千倍，并且需要数年才能做出明智的诊断。

“我们的显微镜不仅适用于这些医疗应用，而且由于可以随时使用的DVD播放器组件，它可以批量生产。”

最近，CRISPR在基因编辑方面取得了很多头条新闻。CRISPR是一种科学家能够使用靶向核糖核酸(RNA)进行“编程”的酶，以便在细胞自身进行修复的精确位置切割DNA。

由Reed教授团队开发的巧妙的化学条形码方法改变了CRISPR酶的化学反应条件，使其仅粘附在DNA上并且实际上不会切割它。

他说：“因为CRISPR酶是一种物理上比DNA分子大的蛋白质，所以它非常适合这种条形码应用。

“我们惊讶地发现这种方法在与DNA分子结合方面的效率接近90%。而且因为很容易看到CRISPR蛋白质，你可以发现DNA中模式的基因突变。”

为了证明该技术的有效性，研究人员绘制了淋巴瘤患者淋巴结活检中存在的遗传易位图。

当一部分DNA被复制并粘贴到基因组中的错误位置时，就会发生易位。它们在诸如淋巴瘤的血癌中尤其普遍，但也存在于其他癌症中。

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