2019年11月18日《自然-方法》报道,瑞典乌普萨拉大学研究人员开发了一种用于研究大型基因文库中动态过程的新方法,利用该方法可以更清晰地描绘出那些复杂而难以捉摸的调控机制(例如细胞周期),该方法将基因信息与复杂细胞行为关联研究提升到一个全新的高度。
现代基因技术可以在人类细胞或细菌中快速地引入数千种DNA修饰,创建基因文库。CRISPR/Cas9系统可以修饰基因,改变数千种蛋白质的表达,用遗传条形码标记每个修饰,可以跟踪每个细胞发生的变化。光学和图像分析的发展实现了极高精度研究细胞内部的化学过程。将这些先进的光学方法与大规模基因工程相结合,从理论上可以通过观察基因文库中的生物学变化鉴定出与给定过程有关的所有基因。理论变成现实的挑战主要是技术层面上的。
研究人员提出了一种在原位基因分型之前基于动态u流体显微镜对文库进行表型分型的方法(Dynamic u-fluidic Microscopy-based Phenotyping of a Library before IN situ Genotyping,DuMPLING),这种方法可以检查单个微流控芯片中整个活细胞库。
细胞周期调节的机理尽管已经被研究了数十年,但其细节仍未弄清楚。研究者利用该技术来研究细菌的细胞周期,技术关键是在每次细胞分裂之前,将所有DNA精确复制一次,否则,细胞有丢失遗传物质或积累DNA而致死的风险。研究人员创建了一个基因库,降低了各种已知细胞周期调节因子以及一些未知基因的表达,然后使用DuMPLING方法研究了这些修饰如何影响细胞周期。收集所有细胞周期数据后,使用显微镜和颜色编码的DNA片段读取遗传条形码。结果显示该方法行之有效,研究者可以从数据中识别出大多数已知的调控元素。由于DuMPLING会生成时间分辨的数据,因此还可以判断各种修改如何影响细胞周期。在下一阶段,研究者计划扩展该文库,使其包括细菌基因组中的所有基因。希望能够更加完整地描述出细胞周期控制机制。