亥姆霍茲慕尼黑研究中心的研究人員開發了一種用電子顯微鏡觀察細胞基因表達的方法。雖然電子顯微鏡目前提供了對細胞最詳細的觀察，但它無法區分哪些基因程序在單個細胞內運行。現在，通過使用不同大小的基因編程納米球作為「多色」標記，新方法可以更近距離地觀察，這甚至有助於研究記憶是如何存儲在神經元網絡中的。細胞究竟發生了什麼？這個問題讓科學家們忙了幾十年。
為了標記小結構，科學家們一直在使用螢光蛋白。這種方法工作得很好，但由於光學顯微鏡的解析度相對較低而存在缺點。儘管電子顯微鏡可以讓我們更近距離地觀察，吉爾·格萊格·韋斯特邁爾教授說：到目前為止，還沒有任何方法可以解決這種技術中細胞的多色遺傳標記問題，這樣就可以直接把不同的細胞區分開來。
納米室作為電子顯微鏡的多色標籤
韋斯特邁爾和同事們研究所謂的膠囊已經有一段時間了。這些是來自細菌的小型無毒蛋白質，封裝素會自動組裝成奈米小室，化學反應可以在奈米小室中進行，而不會干擾細胞的新陳代謝。根據實驗條件的不同，在活細胞內通過基因編程形成不同直徑的納米室。韋斯特邁耶研究小組的菲利克斯西格蒙德補充說：與螢光顯微鏡的調色板類似，該方法將幾何圖形轉化為電子顯微鏡的標籤。
為了在電子顯微鏡下獲得強烈的對比度，研究人員使用了氧化鐵酶，它可以被封裝在膠囊的內部。如果鐵離子通過納米室的孔隙進入內腔，二價鐵離子被酶氧化成三價鐵離子。這就產生了留在內部的不溶性氧化鐵。金屬能產生良好的反差，因為它們「吞噬」電子——就像x射線圖像中的緻密骨頭能強烈吸收x射線一樣。這種特殊的封裝材料特性使它們在圖像中清晰可見。
跟隨神經束
用新方法，研究人員現在也將研究神經迴路，儘管電子顯微鏡的解析度令人印象深刻，但這種方法不能可靠地分辨出大腦中某些類型的神經元。有了新報告基因，可以給特定的細胞貼上標籤，然後讀出哪種神經細胞構成了哪種連接，以及這些細胞處於何種狀態。因此，這項新技術也可以幫助揭示大腦的確切接線圖，並進一步研究記憶是如何存儲在神經元網絡中的。
博科園｜研究/來自：亥姆霍茲慕尼黑研究中心參考期刊《ACS Nano》《Nature Communications》DOI: 10.1021/acsnano.9b03140DOI: 10.1038/s41467-018-04227-3博科園｜科學、科技、科研、科普