科學家研發能在活細胞內觀察染色質的新技術

作者 | 發布日期 2016 年 10 月 22 日 0:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技
shutterstock

自從 2003 年人類基因組定序計畫宣告完成之後,科學家們就不斷的嘗試在這些資訊中找到可用的部分,希望藉此能夠對人類種種疾病有更深的了解,找到和癌症有關的基因突變,或者找到方法研發更好的藥物。然而,人類完整基因序列已經解開了 13 年,這些期望有些卻仍然未見成果。



美國西北大學麥考密克工程及應用科學學院教授 Vadim Backman 解釋:「科學家原先以為一旦了解基因的內容就能夠回答各種問題,但事實上並沒有這麼簡單。」

原來,基因不過是一個巨大謎團中稍微大一點的那塊拼圖而已,為了要將拼圖湊齊,Backman 研發了一個新的方法來看待染色質。

染色質是一種巨大分子,其中包含了 DNA、RNA 和蛋白質等。染色質在細胞內就像貯存基因的核心資料庫,能夠決定基因的表現情形。如果將細胞內的系統想成電腦系統,那麼基因就是硬體設備,而染色質則是內建的軟體。

染色體的調控及組成對於細胞運作非常重要,其中包含了 DNA 的轉譯、複製及修復過程。染色質結構改變和基因的調控有關,也因此和癌症的發生相關。由於染色質的調控和腫瘤的行程以及侵襲性有關聯,因此 Backman 與他的研究團隊便想要了解染色質是如何調控這些基因的。

染色質調控過程所包含的尺度很廣,從約 10 奈米尺度的核小體(nucleosomal)到超過 200 奈米小的染色體都是調控可能發生的位置。由於缺乏在這樣的微小尺度顯像的技術,科學家對於染色質動態所知一直有限。在早先的技術限制中,為了要在顯微鏡下能夠觀察染色質,必須使用對細胞帶有毒性的螢光染劑以提高對比度,也就是說,沒辦法不干擾細胞的狀態下觀察活細胞內的染色質。但染色質這樣微小尺度下的觀察又對於研究有著絕對的必要性,因為染色質就是在這樣的尺度下進行變化。

Backman 帶領的研究團隊所研發的新技術讓研究者得以在 20 至 200 奈米的尺度下觀察染色質,除了不需要用到染色劑等任何標示物質,還能夠讓研究者在不傷害、不太影響細胞生理的狀況下觀察活生生的細胞內部,更重要的是,這項技術效率高的同時,所耗費的成本竟然非常低。

phys.org

(Source:phys.org

這項技術被稱為活細胞分波分譜顯微鏡(Partial Wave Spectroscopic microscopy,PWS microscopy),能夠運用散射光來偵測染色質。雖然比光繞射極限還要小的物質沒辦法被看見,但是它們影響光散射的情形能夠被分析之後呈現。這項技術能夠快速測量活細胞中的奈米結構,科學家之後就能夠快速且高效的篩選數以千計的化合物或藥品,同時觀察到這些物質對細胞的影響。

這項研究由美國國家科學基金會、美國國立衛生研究院及芝加哥生醫協會(Chicago Biomedical Consortium)提供資金,研究成果已經發表於美國國家科學學院院刊(PNAS)。Backman 實驗室研究生 Luay Almassalha、Greta Bauer、John Chandler 與 Scott Gladstein 為共同第一作者,除此之外也包含了其他單位研究者的貢獻。

科學家早就了解到染色質在許多複雜的疾病中所扮演非常重要的角色,但是一直沒有適合的技術能夠對進行研究。直到現在這項新技術的誕生,能夠觀察到這些進程將能夠大大幫助研究進行。有了這項技術之後,科學家就得以觀察健康活細胞下動態的生理狀況,也可以觀察到染色質的調控與結構動態,以及遭遇如藥品化合物等外來刺激時的反應情形。

(首圖來源:shutterstock) 

關鍵字: , , ,

發表迴響