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这项新技术可以帮助找出DNA复制中的错误是如何发生的，DNA复制会导致癌症和其他疾病。 一张带有双螺旋色蓝色的DNA地图 对世界各地的生物学家来说，4月25日是吉祥的。它是DNA日纪念1953年科学家们弗朗西斯·克里克, 罗莎琳德·富兰克林, 詹姆斯·沃森和莫里斯·威尔金斯发表了开创性的科学论文描述了DNA分子的螺旋结构。 我是DNA Dave，其中一件事就是我的实验室喜欢做的就是“看”DNA。我们拍摄DNA图像，这样我们就可以用间接方法直接测量难以量化的东西，这些方法通常涉及DNA的四个化学单位的测序，称为碱基。 例如，我想知道在每个染色体上DNA复制的过程是从哪里开始的。DNA的无错误复制对于产生健康的细胞是必不可少的。当这一过程不完全或中断时，结果可能导致癌症和其他疾病。 在我们的图像中，那个熟悉的双螺旋楼梯是看不见的，因为这个视角被放大了，就像看一个国家和一个城市的地图一样。另外，这些分子中的每一个都相当于螺旋楼梯的50，000圈-这是人类染色体的一个重要片段。 绘制DNA图谱这张照片是用一种叫做Bionano基因组学分析仪的设备拍摄的，它以单个DNA分子为特征-蓝色、绿色和红色。这些DNA链是通过狭窄的管道-称为纳米通道-对它们进行排列的，它们只能容纳一段DNA。当DNA进入管中时，DNA链就会伸直。 整个DNA分子都是蓝色的，绿色的蜱标记是标记-或者说DNA的特定序列，平均每4500个碱基对发生一次。地标的图案提供了一个独特的指纹，它告诉我们沿着染色体的长度我们在哪里。红色荧光标记DNA已经开始复制的位置。这些位点被称为“复制的起源”，是DNA首先展开的地方，因此复制过程可以开始。 研究人员生物纳米基因组学在圣迭戈，这种纳米通道技术开发了一种绘制染色体区域的技术，这些区域本来是不可映射的，因为复杂的基因序列使得很难确定这四个碱基的顺序。这个装置通过一次“查看”一个分子上的序列来解决这个问题，并且能够在一小时内读取300亿个碱基对-相当于10个人类基因组。 我的团队尼克·雷德，马萨诸塞大学我们认识到，这种纳米通道技术将使我们能够进行一项从未尝试过的实验：绘制所有DNA复制同时在数百万条DNA纤维上开始的位置。 在细胞分裂成两个独立的细胞之前，DNA必须复制自己，以便每个细胞都能收到完整的染色体。为了了解遗传物质是如何被复制的，必须知道沿着染色体的过程是从哪里开始的。这是研究我们自己染色体的复制是如何发生的最大的挑战，因此在许多疾病中，如癌症，在复制过程中出错的是什么。 DNA复制与癌症复制的起源一直是难以捉摸的，因为它们发生在不同分子的许多位点上，所以我们需要观察单个DNA分子来检测它们。虽然科学家从20世纪60年代初就能看到单个DNA分子，但我们无法分辨染色体中的任何分子来自何处，因此我们无法绘制任何地图。 凯尔·克莱因我实验室的一个博士生，用红色荧光分子标记活的人干细胞，标记DNA复制的地点，并与Bionano装置进行映射。然后将这些图像叠加到相同DNA分子的蓝色和绿色DNA图谱上。 我们期望这种方法完全转换。我们对人类染色体复制方式的理解。此外，由于大多数用于癌症治疗的化疗药物和大多数致癌物质-或致癌化学品-在我们的环境中是通过在DNA复制时攻击DNA来工作的，我们期望这种方法能为这些化学物质如何破坏DNA复制提供一个快速和全面的测试。我们也希望它能揭示我们如何减轻这些负面后果，以及我们如何发展出更好、毒性更小的化疗疗法。 |
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