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新成像技术用“基因剪刀”酶搜寻遗传变异

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(原标题:新成像技术用“基因剪刀”酶搜寻遗传变异)

据美国弗吉尼亚联邦大学官网报道,该校科学家研发出一种全新纳米成像技术,能更快、更准地为大片段基因组绘制图谱。发表在21日出版的《自然·通讯》杂志上的相关论文称,新技术将高速原子力显微镜(AFM)与“基因剪刀”CRISPR化学条形码技术相结合使用,为致病性基因变异提供了革命性诊断工具。

人体细胞在分裂过程中,DNA会进行复制以生成新的细胞。但在此过程中,一些DNA片段会连接到错误位点,发生遗传变异,引起癌症等病变。而人类基因组由数十亿碱基对组成,现有DNA测序技术只能对小片段DNA内的碱基对进行精确分析,当要从大片段基因组中寻找基因变异时,还需将基因组分解成无数个小片段,会导致成本过高。另一方面,用来分析DNA序列的生物医学成像技术,在分辨率上存在局限性。

弗吉尼亚联邦大学物理学家杰森·里德和同事这次研发出的新方法,对物理成像技术进行了改进,弥补了DNA测序技术的短板,从而能更快速、更准确地分析大片段DNA中的基因变异。一方面,他们使用光学仪器将传统原子力显微镜处理样本的速度提高了1000多倍,从而能对包含数百万碱基对的长片段DNA进行精准分析;另一方面,他们利用CRISPR能对基因变异位点的基因进行精准修复的原理,研发出一种CRISPR化学条形码技术,让CRISPR酶只与变异基因结合,不对其进行剪切。由于CRISPR蛋白比DNA分子更大,高速原子力显微镜能捕捉到DNA中的基因变异。

为验证新技术的有效性,里德团队对淋巴瘤患者的淋巴结切片组织进行了分析,描绘出其中导致癌变的基因错位。里德表示,他们正在开发能分析百万碱基对DNA的算法软件,一旦完成,鞋盒大小的基因变异成像仪将会出现在病理学实验室,帮助诊断和治疗遗传变异性疾病。

科技的进步与研究工具的进步紧密相连。最明显的莫过于天文学,500米口径球面射电望远镜FAST的建成,就大大拓展了人类望向天空的“视域”;磁共振扫描成像技术的应用,让大脑内部的“宇宙”也能分分钟纤毫毕现。2017年诺贝尔化学奖颁发给发明和应用冷冻电镜技术的物理学家,正是应了“磨刀不误砍柴工”的俗语。当然,硬件的发明很难日新月异,但操作路径的创新设计,同样可以大大延伸硬件的极限。

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