新方法将基因文库的分析提高到了一个新水平

乌普萨拉的研究人员已经开发出一种用于研究大型遗传文库中动态过程的新方法。通过使用这种方法研究细胞周期调控，研究人员可以更清晰地描绘出难以捉摸的控制机制。该研究发表在《自然方法》杂志上。

现代基因技术使在人类细胞或细菌中快速廉价地引入数千种DNA修饰成为可能，从而创建了遗传文库。CRISPR / Cas9系统(又称“基因剪刀”)可以进行修饰，并用于改变数千种蛋白质的表达。通过用遗传条形码标记每个修饰，可以跟踪哪个细胞携带哪个变化。

光学和图像分析的最新发展使得以极高的精度研究电池内部的化学过程成为可能。原则上，可以观察基本的生物学过程，例如在活细胞内部的分子水平上进行蛋白质表达或细胞分裂。

非常希望将这些先进的光学方法与大规模基因工程相结合。从理论上讲，研究人员可以通过观察遗传文库中的生物学来鉴定出与给定过程有关的所有基因。从理论上讲，迄今为止已进行了数年的研究可以在一个实验中进行。

以前阻止科学家将理论付诸实践的挑战主要是技术性的。您如何跟踪成千上万个细胞，以便可以首先检查它们的生物学特性，然后读取遗传条形码?

一组Uppsala的研究人员迎接了挑战，现在提出了DuMPLING方法(在原位基因分型之前，基于动态u流体显微镜对图书馆进行表型分型)。这种方法可以检查单个微流控芯片中整个活细胞库。

这项研究的领导者，物理生物学教授约翰·埃尔夫说：“这种方法异常有效，可以使我们将基因信息与复杂细胞的行为联系到一个全新的高度。”

除其他事项外，Elf和他的团队研究了细菌细胞周期。在所有细胞中，至关重要的是在每次细胞分裂之前，将所有DNA精确复制一次。如果不是这种情况，则细胞有丧失遗传物质或积累DNA的风险，并具有同样严重的后果。尽管已经研究了细胞周期调节数十年，但仍不清楚细胞如何实现所需的严格控制。

“我们可以开发出可以重现该机制的模型，但是由于我们还不了解所有参与者，因此很难测试模型是否具有生物学相关性。通过这种新方法，将有可能识别出未知的成分，”乌普萨拉大学(University of Uppsala University)分子细胞生物学研究员Daniel Camsund说。

研究人员创建了一个基因库，在其中他们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。下一步是改变游戏规则。收集所有细胞周期数据后，将芯片中的营养液替换为保留细胞并将其固定在其位置的溶液。现在可以使用显微镜和颜色编码的DNA片段读取遗传条形码。

乌普萨拉大学分子细胞生物学研究人员吉米·拉尔森(Jimmy Larsson)表示：“很高兴看到颜色代码的发展，但是幸运的是，我们没有手动对其进行解码。我们拥有进行识别的软件。”

结果令人鼓舞。研究人员可以从数据中识别出大多数已知的调控元素，这意味着该方法行之有效。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，研究小组计划扩展该文库，使其包括细菌基因组中的所有基因。希望这将使研究更接近细胞周期控制机制的完整描述。