华人青年科学家最新技术登上《自然－方法学》

　　

生物通报道：来自乔治亚州技术研究院（Georgia Institute of Technology）的研究人员发明了一种可以对线虫进行自动成像和分类的系统，并将这一方法公布在《Nature Method》上。

领导这一研究的是乔治亚州技术研究院的华人科学家陆航（Hang Lu，音译），这位年轻的科学家曾荣登美国从各大学、大公司和新建小公司35岁以下的科学家中选出的35名最优秀的科学家和工程师的榜单。

Lu表示，“经典的遗传学研究方法需要以大量动物为研究对象，改变其遗传信息并观测由此产生的变化，这一过程可能会进展得极其缓慢且常常需要进行人工操作”，“当研究人员从研究单一基因进入到分析基因相互作用及其作用网络的时候，大样本量的研究将起到决定性作用，而这台新设备正好能够稳定而可靠地对大量样本进行快速分析。”


在这篇文章中，研究人员发明并验证了一种新系统，它能自动生成高清晰度的秀丽隐杆线虫图像，并对其进行分类。他们研制了一种由计算机软件控制的微流体芯片，即使很小的变异该芯片也能捕捉，并且能在单细胞水平的差距上对线虫进行分类，这种方法不仅快速、准确，而且不需要人为介入。

这一微型流水式系统操作起来十分简单：该系统可以自动将单个小个体生物载入微芯片，并自动将每一生物排布在芯片中相同的位置上，以缩短处理时间并增大处理流量。生物体一旦被载入微芯片，整合局部控温系统立即将其冷却到接近４摄氏度，进行短时间的固定处理。冷却过程可以有效地阻止动物的移动并能够对同一生物进行反复成像，因为冷却过程不同于常用的麻醉剂，并不能发挥长期效应。 冷却完成后，系统会使用高分辨率的显微镜对动物芯片进行多维成像。

Lu等人也验证了这一系统的功能：他们以秀丽隐杆线虫为实验对象对这一自动化系统进行检测评估。他们利用这一系统对一组动物中某基因的表达模式进行了分析，主要检测该基因编码的荧光标记蛋白的发光强度、分布情况和荧光出现的时期。他们能够以每小时约900个个体的速度将这些自由运动的小动物分为两大类，一类在神经元可见颗粒状荧光而另一类则没有。其中，超过90%的动物样品能够在前一个样品检测完毕后0.3秒内准确载入观察小室内。

这是首次将高清晰度成像技术与自动分类技术结合起来的自动设备，为系统分析更多基因的受体奠定了基础，将有助于揭示细胞分裂每个过程中的基因表达。

原文摘要：

Automated on-chip rapid microscopy, phenotyping and sorting of C. elegans.

Microscopy, phenotyping and visual screens are frequently applied to model organisms in combination with genetics. Although widely used, these techniques for multicellular organisms have mostly remained manual and low-throughput. Here we report the complete automation of sample handling, high-resolution microscopy, phenotyping and sorting of Caenorhabditis elegans. The engineered microfluidic system, coupled with customized software, has enabled high-throughput, high-resolution microscopy and sorting with no human intervention and may be combined with any microscopy setup. The microchip is capable of robust local temperature control, self-regulated sample-loading and automatic sample-positioning, while the integrated software performs imaging and classification of worms based on morphological and intensity features. We demonstrate the ability to perform sensitive and quantitative screens based on cellular and subcellular phenotypes with over 95% accuracy per round and a rate of several hundred worms per hour. Screening time can be reduced by orders of magnitude; moreover, screening is completely automated.