著名女科学家Science，Nature两篇文章解析新技术

来自哈佛大学，霍德华休斯医学院的研究人员在显微成像方面接连获得了几项研究成果，陆续公布在《Science》，《Nature Method》杂志上。

　　

生物通报道：来自哈佛大学，霍德华休斯医学院的研究人员在显微成像方面接连获得了几项研究成果，陆续公布在《Science》，《Nature Methods》杂志上。

领导这一研究小组的是哈佛大学化学与化学生物学系的庄晓薇博士，其早年毕业于中国科技大学少年班，19岁考取全额奖学金赴美攻读博士学位，2003年荣获美国麦克阿瑟基金会评选出的“天才奖”，之后在其34岁的时候成为了哈佛大学正教授，从事生物化学的研究。

在2005年的一项研究中，庄晓薇与其它同事发现了一种能够几百次地反复在各种颜色的光照下使用的，能够驱动为荧光态和暗态的发光分子团，从而得到了一种比传统光学显微镜高10倍以上的分辨率的显微技术，并将这种技术命名为随机光学重建显微法(stochastic optical reconstruction microscopy，STORM)。

在2007年，这一研究团队又发现了特殊的荧光探针家族，实现了多色随机光学重建显微法（multicolor stochastic optical reconstruction microscopy，STORM），并利用这种方法以20-30纳米级别的分辨率演示了DNA模式样品和哺乳动物细胞的多色成像，这一研究成果公布在《Science》杂志在线版上。

今年11月14日的《Science》又刊发了她领导的一篇文章。在这篇文章中研究小组的成员利用单分子荧光能量转移对HIV病毒逆转录酶RT与核酸底物之间的相互关系进行了实时监控，获得了相关的动力学数据，对于艾滋病的治疗意义重大。

在11月23日的《Nature Method》上，研究小组利用3D多色随机光学重建显微法STORM定量分析了细胞结构和其相互作用，以纳米级的分辩率水平揭示了细胞结构之间的相互作用。

在实验中，为了方便STORM成像，研究人员通过共价交联一种光开关靛炭菁染料受体，以及一个帮助生物交联的激活分子，构建了不同颜色的光开关探针，对猴肾BS-C-1细胞的整个线粒体网络进行了成像，并研究了线粒体和微管逐渐的空间关系。

这种3D的STORM成像解决了传统成像过程中无法对线粒体形态学，以及线粒体－微管相互关联进行研究的问题。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Whole-cell 3D STORM reveals interactions between cellular structures with nanometer-scale resolution
Bo Huang1,2,4, Sara A Jones2,4, Boerries Brandenburg1,2 & Xiaowei Zhuang1,2,3

AbstractThe ability to directly visualize nanoscopic cellular structures and their spatial relationship in all three dimensions will greatly enhance our understanding of molecular processes in cells. Here we demonstrated multicolor three-dimensional (3D) stochastic optical reconstruction microscopy (STORM) as a tool to quantitatively probe cellular structures and their interactions. To facilitate STORM imaging, we generated photoswitchable probes in several distinct colors by covalently linking a photoswitchable cyanine reporter and an activator molecule to assist bioconjugation. We performed 3D localization in conjunction with focal plane scanning and correction for refractive index mismatch to obtain whole-cell images with a spatial resolution of 20–30 nm and 60–70 nm in the lateral and axial dimensions, respectively. Using this approach, we imaged the entire mitochondrial network in fixed monkey kidney BS-C-1 cells, and studied the spatial relationship between mitochondria and microtubules. The 3D STORM images resolved mitochondrial morphologies as well as mitochondria-microtubule contacts that were obscured in conventional fluorescence images.