近期权威杂志发表的新技术文章

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生物通综合：

《科学》介绍新技术研究生物分子

来自伊利诺斯大学香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign），霍德华休斯医学院，英国邓迪大学的研究人员报道了一种新的杂交方法，能更好的检测Holliday交叉（Holliday junction，HJ）的动力学过程。Holliday交叉是四股DNA所形成的交叉结构，名称来自于1964年提出此概念者Robin Holliday，用以解释发现于酵母菌的遗传资讯交换，也就是同源重组。这一过程出现在受损DNA修复过程，了解DNA如何进行自我修复对于遗传失序症的治疗意义重大。
这一杂交方法由伊利诺斯大学首席研究员Taekjip Ha和他的同事提出，发表在10月12日的《Science》杂志上。

重组理论毫无疑问也是十分重要的。1931年著名的Stern .C.的果蝇实验和Creighton H.B.的玉米实验用细胞学方法直接正式了交换，似乎也表明重组就是染色体的断裂和重接，但问题并不是那么简单，科学家们先后建立很多重组模型，从1909年Janssens提出的交叉理论起已风风雨雨近九十多年，至今这个问题还没有完全解决。为了更好的理解交叉理论中蛋白的功能，研究人员需要能研究Holliday交叉本身动力学和结构特征的更好的方式。

Ha表示，“基于我们之前的研究，我们了解到HJ在两个结构中起作用，但是它如何从一种结构变换到另外一种结构，以及中间产物是什么至今我们并不了解”。

这种杂交技术结合了光阱力（optical trap force ）控制和单分子荧光共振能量转移（single-molecule fluorescence resonance energy transfer）精密仪器，利用这种技术研究人员首先将两种染料分子——一种绿色，一种红色——粘合在一起，然后用一种激光激活绿色染料，激活的能量一部分转移到了红色染料上，转移的多少由两种染料的距离决定。这样两种强度的差别比例就表明了两种染料的相对运动，因此通过监测这两种染料的明亮度，研究人员就能确定分子的运动，其中利用光阱力，聚焦激光束可以“夹紧”分子的一端，就像是一把镊子的两端。

之前的技术，譬如X射线结晶法和核磁共振，为生物分子提供了许多结构细节，但是这些数据受限于静态的观测，单分子方法实现了在单个分子水平上研究动力学相互作用，这种跟踪生物过程，追踪其实时动态动作将有助于我们最终了解活体生物复杂的动力学机制。

 

《自然—方法学》：新方法扩增PCR技术目标DNA
 
 聚合酶链反应又称PCR技术，是20世纪80年代中期发展出来的体外核酸扩增技术，其原理类似于DNA的体内复制，只是在试管中给DNA的体外合成提供一种合适的条件，能在一个试管内将一种目标基因或某一DNA片段于数小时内扩增至十万乃至百万倍，使肉眼能直接观察和判断。PCR技术被认为是生物医学领域中的一项革命性创举和里程碑。
 
 研究人员在9月在线出版的《自然—方法学》期刊上报告，他们发展出一种策略能够在一次反应中扩增多个目标DNA。
 
 PCR技术的实施需要获得位于目标DNA序列两端的两个引物。因为这些引物序列位对特定的目标区域而言是唯一的，所以，从理论上讲，多种不同目标的引物能够同时用于相同的PCR反应中，这种反应又称多元反应。但在实际运作中，多引物会导致意想不到的底物和引物二聚体的形成，这些由外界因素或作用所产生的矫作物严重影响了扩增的效率。
 
 为将这些矫作物的影响降到最小程度，Anthony Brookes和同事研制了一种固相扩增法，即通过将每种引物固定在一种固体表面而将它们彼此分开。他们的实验表明，这种名为MegaPlex-PCR的技术能随机选择性地扩增75个基因组区域，扩增质量也很好。

《自然方法学》最新技术检测基因差异

来自埃默里大学（Emory University）医学院等处的研究人员发展了一种新技术，从而研究人员能更容易地发现导致疾病严重后果的细微的和被忽视的遗传变异。这种以芯片技术为基础的，称为Microarray-based Genomic Selection (MGS)的方法能帮助科学家们获得并富集特异大片段DNA区域，然后利用DNA测序方法比较个体之间遗传差异。

这一研究报告公布在10月14日的《Nature Methods》再现版上（将于11月印刷出版），文章的第一作者是David Okou博士，通讯作者为埃默里大学医学院人类遗传性副教授Michael Zwick博士。

大部分人类遗传学研究人员的目的都是为了发现疾病易感基因组中的变异，尽管目前已经取得了人类基因组计划的成功，以及建立了一些下一代DNA测序平台，但是仍然缺乏一种简单的，便宜的筛选特异区域的方法，这对于检测个体中细微遗传差异来说是极大的障碍。埃默里大学的研究人员提出了这一新方法MGS将为达到这一目的铺上重要的一块基石。

以芯片技术为基础的基因组筛选方法MGS利用高密度芯片上的DNA寡核苷酸（探针）直接从基因组中捕获并提取目标区域。这些探针是从参照人类基因组中挑选出来，并与靶标互补的。一旦靶标被筛选出来，重新测序芯片核其它测序技术将可以用于识别变异，埃默里大学的研究人员认为MGS技术帮助他们更方便的比较了许多个体中的遗传差异，提出健康与疾病之间的差别。

Zwick博士认为，“人类基因组计划主要集中于对一个人类基因组的测序——这一技术方法需要大型产业构架，许多人力，以及大量的资金支持”，“因此问题由此产生了，我们是否可以在一个仅仅只有一个研究人员，少量成员组成的实验室里，重新测序一部分基因组，甚至整个基因组呢？现在的回答是肯定的”。

遗传学家已经发现了许多对于健康致命的显著遗传变异的许多种类群，但是科学家们很少关注的一些基因组部分中的变异，以及更细微的差异也许也产生了不良的后果，但是利用已有的技术很难检测到。

其它分离和研究一种特异基因组区域的方法，比如PCR和BAC克隆相对而言都要耗费人力物力，对于单个实验室而言较难完成基因组中较大区域的检测，而且也相对而言比较昂贵。

而MGS不同于检测基因表达的典型的芯片技术，是一种能捕获特异基因组序列的芯片方法，在这篇文章中，MGS这种技术可以用于确定父本样品种DNA的序列。

Zwick表示，“重新测序芯片的意义就在于设计芯片在一个reference sequence每一个位点上识别碱基”，“你可以利用人类基因组reference sequence，寻找差异变化，这种新技术可以帮助一个常规规模的实验室获得许多数据，并且所需资金比一个测序中心的少的多”。

新型分子成像技术有助尽早检测疾病

英国牛津大学的科学家近日开发出一种新的分子标记，借助于此标记和标准成像技术，医生们能够将观测深入到分子水平，并在疾病早期就检测到它们的活动情况。该新技术主要针对多发性硬化（multiple sclerosis）而设计。相关论文发表在9月24日的《自然－医学》上。
 
该项研究由牛津大学的Robin Choudhury博士领导完成。他和同事开发了一种新的分子标记，该标记能够将自己黏附在VCAM-1分子上。而VCAM-1分子与炎症紧密相关，并且在核磁共振成像（MRI）扫描下为可见，从而使得研究人员能够准确地观测到该分子的数量和运动情况。
 
该新技术针对的主要是多发性硬化，这是一种影响中枢神经系统的自体免疫疾病。患有此病时，人体免疫系统会通过炎症攻击环绕神经纤维的脂肪组织，会导致一系列视觉与运动问题。
 
与传统的MRI技术相比，新技术具有潜在的优势，它能够在疾病破坏组织之前就揭示它的活动情况。根据检测到的疾病活动情况，用药物进行早期干涉，将可能改变疾病的进程。
 
Choudhury说：“一般来说，当组织损伤出现时，对身体的伤害就已经造成了。因此能够加快诊断的分子成像技术便成了迫切的需求，我们的新方法显示了巨大的潜力。”
 
他表示，这一研究的最终目标是，开发出新的工具来加快诊断、指导具体治疗以及检测病人对治疗的反应。这是一种技术平台，不仅仅能够应用于多发性硬化，在理论上，它也能适用于其它脑部疾病、癌症以及冠心病的诊断。

科学家研制出人体细胞培养新技术

近日，英国科研人员开发出一种独特的实验室细胞和组织培养技术，其培养条件与人体内环境很相似，相关论文发表在近日出版的《解剖学杂志》上。该技术利用一种塑料支架，使细胞在一种更接近体内细胞生长环境的三维环境中生长。而此前，细胞培养均在培养皿上进行。科研人员还发现，利用这个系统，能够更有效地进行药物研发，并减少一些不必要的动物实验。          

        这项技术的专利权由英国杜伦大学的研究人员及其附属的ReInnervate有限公司持有。该研究小组获得的大量证据显示，这是一种成本低、操作简单的三维细胞培养方式。          

        在药物研发中，很大一部分药物往往在检测阶段宣告失败，从而造成数百万英镑的成本损失。因为大多数药物首先在二维培养的细胞中进行检测，但是人体形成组织和细胞生长则是以一种更为复杂的三维方式进行的。          

        在药物研发领域，肝脏细胞常常用于检测药物的毒性。这项新的研究检测了一种名为MTX的癌症药物对三维和二维培养的肝脏细胞的毒性作用，结果表明，MTX在高剂量时能导致肝脏损伤。          

        检测显示，使用三维支架培养的细胞结构和特征与人体中自然生长的肝脏细胞最相似。当接触到MTX时，生长在二维培养条件下的细胞在极低剂量下就会死亡，而生长在三维支架上的细胞则抵抗力更强，并能更准确地反映出人体内细胞在接触相似药物剂量时的行为表现。此外，研究人员还检测了10种在由多孔聚苯乙烯材料构成支架上培养的不同组织，包括骨骼、肝脏、脂肪和骨髓干细胞。          

        研究人员发现，这项技术能培养用于药物研发的人类干细胞。它的使用可以减少动物实验。此前，美国一所大学的研究人员证实，他们设计的一种新的成体干细胞培养方法能使成体干细胞高效长成角膜干细胞，研究证实，这种培养技术已成功用于治疗70只兔子的角膜疾病。该研究的目的是希望能够修复受损的上皮细胞并因此恢复角膜功能。这项研究同时证实，利用健康眼睛的角膜干细胞治疗人的角膜病变是可行的。          

        据了解，该项技术目前正被用于人类患者，并获得满意结果。相关论文描述了一种新的细胞培养方法，并证实了这个过程的临床应用价值。该项研究还显示，源于活组织切片样本的新培养技术能使干细胞的数量增加，从而获得足够用于有效治疗的细胞，细胞样本可以从健康眼睛结构中获得。          

        将塑料芯片与一种羊膜芯片结合起来后，这种培养方法能使获得的细胞保持其特征。其新颖之处集中在使用塑料芯片的第一阶段：将从健康眼睛获得的组织片段分割成更小的片段，以便在芯片上培养。          

        组织片段的数量越多就能获得更多数量的干细胞。然后，将获得的细胞样本送到解剖病理学实验室进行细胞的可用性和治疗鉴定。之后，将这些细胞转移到羊膜上继续培养，这种膜很适合培养用于眼睛再生治疗的干细胞移植。          

        一旦放在羊膜上，这些干细胞能以均一的方式扩散，从而确保更好的细胞等同性，以便选择最适合用于治疗的单元。这种方法能精确找到用于眼睛细胞移植的细胞群，保证了被移植细胞的质量和数量。