新的DNA成像技术达到纳米分辨率

　　

生物通报道 斯坦福大学的研究人员近日开发出一种新的DNA成像技术，它基于单分子显微镜，可在纳米水平观察DNA链。在上周发表于《Optica》杂志的一篇文章中，研究小组介绍了这种新技术，并获得了数千个荧光染料分子与DNA链结合的超分辨率图像和方位测定。

研究人员认为，这种成像技术能在纳米水平提供DNA本身的信息，这可能有助于监控DNA构象的改变或特定区域的损伤，这些可以通过染料分子的方位改变来呈现。他们还认为，这种技术也能用来监控DNA与蛋白的相互作用，这推动了许多细胞过程。

研究人员改良了单分子显微镜，增加了一个名为电光调制器（electro-optic modulator）的光学元件，以获得单分子方位信息。电光调制器能够改变激光的偏振，让那些更靠近激光偏振的荧光分子变得更亮，而那些远离的分子变得更暗。

当连续数帧图像中的分子在亮和暗之间切换时，研究人员确定，这些分子被严格限制在特定方位，而当图像中的分子一直很亮时，则被认为是处于松散的结构。

在这篇文章中，研究人员证明了大约25 nm的空间分辨率，而单分子方位测定的准确性在5度。他们还测定了单分子的旋转动力学，其准确性在20度。

不过，为了真正检验这种方法在测定方位信息上的效果，研究小组要看看它是否适用于不同的染料。首先，研究人员分析了一种名为SYTOX Orange的嵌入染料，这种荧光染料滑入DNA碱基之间的区域。在短短13分钟内，他们获得了30万个单分子位置和3万次单分子方位测定。

研究小组的分析表明，单个染料分子垂直定位于DNA链的轴。尽管这个分子往往定位在垂直的方向，但它们确实在约束锥内移动。

接着，研究人员利用另一种不同类型的荧光染料开展类似的分析，这种染料名为SiR-Hoechst，由两部分组成：一部分与DNA连接，另一荧光部分则通过“软绳”连接。他们发现，增强的DNA成像技术可检测这种“柔软性”，并指出，这种方法能帮助科学家了解不同标记与DNA的连接是移动的，还是固定的。

“这项工作表明，插入染料可作为一种精密的传感器，在单分子水平研究DNA与结合蛋白的互作，”研究人员在文中指出。“例如，核小体通过将DNA包裹成环，在DNA压缩和调控基因表达上起了至关重要的作用。利用单分子方位数据，这种环的形成可轻松监控。”（生物通 薄荷）

原文检索

Enhanced DNA imaging using super-resolution microscopy and simultaneous single-molecule orientation measurements

Optica Vol. 3, Issue 6, pp. 659-666 (2016) •doi: 10.1364/OPTICA.3.000659