乌普萨拉大学塞巴斯蒂安·迪恩德尔教授领导的研究小组开发出了一种开创性的方法，大大提高了在单分子水平上观察和分析复杂生物过程的能力。他们的研究成果发表在《科学》杂志上。
“利用我们的新技术，我们现在可以将单分子生物物理学扩展到基因组规模。这一进展有望大大加深我们对核酸相互作用蛋白在健康和疾病中如何发挥作用的理解，”这项研究的资深作者 Deindl 教授说。
该方法称为 MUSCLE(图书馆规模的多路复用单分子表征)，为更准确、更全面的生物系统研究打开了大门，而了解分子行为的全貌至关重要。它预计将对复杂分子动力学作为序列或化学空间函数的研究产生深远影响，使研究人员能够探索生物学中以前未知的领域。
新开发的方法克服了单分子荧光显微镜领域的一个重大限制，迄今为止，由于每次分析一个样本非常费力，该领域一直受到低通量的限制。传统方法仅限于研究少量代表性样本，这可能会导致偏差，并错失在大型分子库中发现新见解的机会。
MUSCLE 通过将单分子荧光显微镜的机制见解与新一代测序的高通量功能相结合来解决这一挑战。工作流程首先将荧光标记分子库附着到称为 Illumina MiSeq 流动池的表面上。然后使用 3D 打印适配器将此流动池放置在单分子荧光显微镜上，使研究人员能够在多个视野中观察单个分子的实时动态。
成像后，流动池将接受标准的 Illumina 测序，该测序会从之前观察到的分子中生成相同副本的簇。然后根据这些簇在流动池上的位置，将这些簇与相应的分子进行匹配。
“空间上注册单分子成像和 Illumina 测序数据曾经极具挑战性，但这个问题现在已经解决了，”该研究的联合第一作者 Anton Sabantsev 博士说。
这种创新方法使研究人员能够同时分析大量样本的动态，从而更全面地了解复杂的生物过程。
“我们的方法可以直接观察大量库中的动态分子行为，大大增强了我们发现一般趋势、异常行为和独特动态特征的能力，否则这些特征将隐藏起来。它将改变我们研究生物分子复杂动态的方式，广泛应用于分子生物学、遗传学和药物发现，”Deindl 教授说。
该研究的共同第一作者 Javier Aguirre Rivera 博士、Guanzhong Mao 博士、Sabantsev 博士和 M. Panfilov 都为这项新技术的开发和验证做出了重大贡献。
“这项历时多年的艰巨任务的关键在于我们成员之间出色的团队合作。每个人都提出了不同的想法，这对于克服我们面临的技术障碍至关重要，”毛博士说。
研究团队还包括来自乌普萨拉 SciLifeLab 国家基因组学基础设施的 Magnus Lindell，他的专业知识在将新一代测序整合到 MUSCLE 工作流程中发挥了重要作用。在最初的实验中，该团队应用该方法来分析 DNA 发夹动力学和 Cas9 诱导的 DNA 解旋/重绕。他们的发现揭示了某些目标序列中的意外行为，强调了该方法揭示新生物学见解的潜力。
由于该方法依赖于广泛使用的荧光显微镜和 MiSeq 仪器，并且可以使用 3D 打印轻松制造必要的适配器，因此该方法对广大科学界来说非常容易使用。它可以用于研究与核酸相互作用的各种蛋白质，以及 DNA 条形码蛋白质、化合物或配体。
标签：
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！