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哈佛大学团队研发的新型显微技术可看清DNA旋转分辨率达单分子

发布时间:2021年10月18日    点击:[0]人次

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7月18日,哈佛大学(Harvard University)的庄小威教授团队带来了显微技术的一项新突破:利用一种新颖的方法,他们能够在单分子的分辨率上追踪DNA转瞬之间发生的旋转。这项成果在线发表于《自然》杂志上。这一技术可以为以后微观的研究带来极大的便利。

为什么要研究DNA旋转?这是因为在许多生物学进程中,DNA旋转是一种逃不开的特性。无论是基因组的转录、复制、还是修复,这些过程里,DNA都会出现旋转。因此,如果能看清这一过程,就有望让我们更好地理解基因组的运作。

过去,研究人员们开发了一系列研究DNA旋转的工具,也让我们搞清了诸如RNA聚合酶、促旋酶、以及DNA重组酶的作用机理。然而这些工具依旧有着种种短板,使得观察DNA旋转,仍然是一个困难重重的任务。

▲这一系统的示意图(左)与转子在原子力显微镜下的结构(右)

其中,研究人员们指出,过去的工具在时间上的分辨率不够。也就是说,我们很难看清在短时间内发生的变化。为此,庄小威教授团队开发了一种基于“DNA折纸转子”的成像与追踪系统(origami-rotor-based imaging and tracking,缩写为ORBIT)。它将DNA折叠成了一个转子结构,看上去就像飞机的螺旋桨一样。随后,研究人员们在这个转子上加上了荧光标记。只要这段DNA发生了旋转,荧光就会划出一道道美妙的痕迹,为机器所记录。

▲只要发生旋转,光的痕迹就会被记录下来

为了测试这一系统的可靠性,这支团队在RecBCD复合体中进行了测试。这是一种DNA修复和转录过程中会用到的复合体,它负责将DNA“解旋”,方便后续的修复或是转录过程。

实验取得了令人欣喜的好结果!在论文中,科学家们成功记录下了由RecBCD复合体驱动的一系列DNA解旋过程。值得一提的是,在观察RNA聚合酶的转录过程中,他们甚至观察到了“单碱基”发生解旋时产生的旋转。这样的分辨率就好像是使用高速摄影机,清楚地拍下飞机螺旋桨高速旋转的每一帧细节,令人惊叹。

▲这一系统能让我们看清DNA解旋的过程

研究人员们指出,这一系统有望让我们更好地研究DNA与蛋白质的互相作用,带来生物学的更多洞见。此外,它也有望在纳米技术领域得到应用。

关于哈佛大学

哈佛大学(Harvard University)简称“哈佛”,坐落于美国马萨诸塞州波士顿都市区剑桥市,是一所享誉世界的私立研究型大学,是著名的常春藤盟校成员。截止至2018年10月,哈佛大学共培养了8位美利坚合众国总统,而哈佛的校友、教授及研究人员中共产生了158位诺贝尔奖得主(世界第1)、18位菲尔兹奖得主(世界第1)、14位图灵奖得主(世界第4)。 该校在文学、医学、法学、商学等多个领域拥有崇高的学术地位及广泛的影响力,被公认为是当今世界最顶尖的高等教育及研究机构之一。

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