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多篇文章解读“条形码”技术研究新进展!

来源:本站原创 2019-07-25 17:46

本文中,小编整理了近年来科学家们在“基因条形码”技术研究中取得的研究成果,与大家一起学习!

图片来源:CC0 Public Domain

【1】Nat Commun:“细胞条形码”技术监测乳腺癌细胞扩散情况

doi:10.1038/s41467-019-08595-2

在最新的一项研究中,研究者们利用一种称为“细胞条形码”的技术用于标记,跟踪和精确定位负乳腺癌细胞的扩散情况。该技术还揭示了化疗只是暂时减少有害细胞的数量,而不能够永久消除它们,这一发现解释了癌症为何最终会复发。

这项发表在Nature Communications杂志上研究成果有望帮助开发乳腺癌的新型靶向疗法。大多数乳腺癌引起的患者死亡都是由癌细胞从主要肿瘤部位转移或扩散到其他器官引起的。乳腺癌由数千种具有不同特征的不同细胞变体组成,这些变异可能或可能不在癌症的转移中起作用。这使得有效治疗成为一项挑战,因为很难知道哪些细胞是导致癌症扩散的原因。

【2】Cell:突破!科学家利用新型基因条形码技术鉴别出关键的癌症免疫基因

doi:10.1016/j.cell.2018.09.022

近日,一项刊登在国际杂志Cell上的研究报告中,来自西奈山医院的科学家们通过研究开发了一种能同时分析成百上千个基因功能的新型技术,该技术的分辨率能达到单细胞水平,其依赖于一种使用新型蛋白质的条形码技术。

自从21世纪初期首次对人类基因组进行测序后,科学家们揭示了一组超过2万个蛋白质的编码基因,然而研究人员并不能确定单个基因的功能,如果相关的研究数据,我们在理解人类基因组工作机制上将会受到很大限制,这无疑也会影响科学家们预测、预防、治疗甚至治疗多种人类疾病的进程。2012年和2013年,研究人员建立了一种编辑基因的新方法,那就是CRISPR,研究者能利用这种基因编辑技术来阐明基因的功能,如今CRISPR技术已经席卷了整个科学界,但研究者在使用该技术来研究成千上万个基因的功能上仍然面临着诸多挑战。

【3】Science:利用CRISPR构建出的突变条形码记录每个细胞的发育历史

doi:10.1126/science.aat9804

所有人的生命都起源自单个细胞(即受精卵),这个细胞重复地进行分裂,从而产生两个细胞,然后是四个细胞,然后是八个细胞,一直到组成新生儿的大约260亿个细胞。发育生物学的一大挑战是追踪这260亿个细胞是如何和何时从一个受精卵中产生的。迄今为止,这个领域到只能捕获和分析这个发育过程的快照。

如今,在一项新的研究中,来自美国哈佛大学怀斯生物启发工程研究所、哈佛医学院、加州大学圣地亚哥分校和伊朗谢里夫理工大学的研究人员开发出的一种新方法最终有可能让这项艰巨的任务得以实现。这种方法利用不断变化的遗传条形码(genetic barcode)积极地记录发育中小鼠的细胞分裂过程,从能够将小鼠体内的每个细胞谱系追溯到它的单细胞起源,相关研究结果发表在Science期刊上。

【4】Nat Genet:科学家将CRISPR基因编辑技术同DNA条形码技术结合 有效追踪癌症进展

doi:10.1038/s41588-018-0083-2

最近,一项刊登在国际杂志Nature Genetics上的研究报告中,来自斯坦福大学的科学家们通过研究发现了一种新方法能够修饰小鼠肺部中的一对癌症相关基因,随后还能精确追踪肿瘤中的每一个细胞,这种组合性技术或能明显加速癌症领域的研究以及药物的开发;相关研究最终能够帮助科学家们模仿并且在实验室外部研究肿瘤中细胞的遗传多样性。

人类的癌症并不仅仅只有一种肿瘤抑制突变,其存在多种突变组合,但问题是,不同的突变基因是如何相互作用呢?就在几年前,诸如图谱绘制的研究耗费了研究人员数年的努力,研究人员培育出了多种不同谱系的遗传修饰化小鼠,其中每一种都携带不同的失活肿瘤抑制基因,为了探索所有的可能性组合,研究人员就需要成百上千只小鼠。

【5】Nature:利用聚lox条形码技术追踪造血干细胞命运

doi:10.1038/nature23653

血液中的多种不同类型的细胞是如何产生的?长期以来,科学家们一直试图解答这个问题。根据经典理论,处于不同发育阶段的血细胞系像树那样长出分枝。树干是由造血干细胞组成的,而它们的分枝是由多种类型的祖细胞组成的。随后,这些祖细胞进一步长出分枝,产生特化的血细胞,即红细胞、血小板和多种白细胞。然而,近年来,人们对这种经典理论产生质疑。

在一项新的研究中,德国癌症研究中心的Hans-Reimer Rodewald和他的合作者们想要捕捉血细胞形成中的动态事件,而不仅是拍照。通过与干细胞生物学家Thomas H?fer领导的一个团队密切合作,这些研究人员开发出一种新的技术,从而能够让他们准确地追踪细胞的发育过程。为此,他们给造血干细胞标记上一种基因条形码以便随后能够清晰地鉴定出它们的后代细胞,相关研究结果在线发表在Nature期刊上。

图片来源:CC0 Public Domain

【6】Nature:利用细胞条形码技术追踪造血干细胞命运

doi:10.1038/nature25168

在一项新的研究中,来自美国国家卫生研究院(National Institutes of Health, NIH)下属的国家心脏、肺与血液研究所(National Heart, Lung and Blood Institute, NHLBI)的研究人员通过给小鼠的骨髓细胞标记上遗传标签或者说条形码而能够追踪和描述单个血细胞在其天然环境中形成时的家族树,相关研究结果发表在Nature期刊上。

这项研究的发现,如果适用于人类的话,将会对血细胞移植和使用血细胞的临床方法和研究方法(如基因治疗或基因编辑)产生影响。这项研究将研究进一步推动血液再生疗法的开发,但是这些研究人员认为它也适用于各种细胞,并将产生关于病变的或受损的组织再生的新见解。研究者Alejo Rodriguez Fraticelli博士表示,我们的研究结果表明,当不将造血干细胞和它们的多能性不那么强的后代---血祖细胞---从它们的天然环境中移除的情形下以及当在实验室中或在移植期间开展研究时,它们表现得有点不同:这会导致它们产生的血细胞谱系存在差异。

【7】Nat Methods:开发出自我编辑的CRISPR条形码

doi:10.1038/nmeth.4108

通过调整CRISPR-Cas9基因编辑复合体,使得它在自己的向导RNA(gRNA)位点上发生突变,研究人员开发出一种方法让细胞持续地产生它们自己独特的条形码。根据发表在Nature Methods期刊上的一篇论文,这种技术是由美国麻省理工学院和哈佛大学的两个研究团队独立开发的,已在哺乳动物细胞中用于分子记录(正如此前研究者在Science期刊上描述的那样)和谱系追踪。

研究者Aaron McKenna表示,“它真地是一项不错的技术---从某种意义上说,你获得一个能够产生非常多样化的编辑模式和能够开始编码越来越多信息的位点。”麻省理工学院神经科学家Edward Boyden(也未参与其中的任何一项研究)对此表示同意。“这是非常引入关注的研究,这是因为它可能有助标记有机体中不同的细胞---因此它们容易被区分开来。”

【8】Genes Dev:利用基因条形码鉴定特异性的转录因子

doi:10.1101/gad.284828.116

相同的DNA存在于有机体的每个细胞中,但是一些基因仅在一个给定的细胞中表达。作为对多种生物学信号作出的反应,这些基因由被称作转录因子的蛋白所激活。因此,不论在健康时还是在患病时,转录因子调节着大多数细胞过程。如今,在一项新的研究中,来自瑞士日内瓦大学的研究人员开发出一种新的技术来鉴定参与任何一种细胞过程和对任何一种生物学信号作出的反应的所有转录因子。这种方法的应用几乎是无限的,不论是在医学领域,还是在基础生物学上,相关研究结果发表在Genes & Development期刊上。

在接受到一种生物学信号后,我们的每个细胞产生某些蛋白,如一个胰腺β细胞合成胰岛素,或者一个白细胞分泌中和微生物的抗体。一旦被这个细胞检测到,这种信号激活一种生物化学级联反应来促进一个给定基因的表达。负责激活这个基因的转录因子结合到位于该基因上游的启动子的特异性DNA序列上。

【9】JACS:双色“条形码”或可用于机体癌症的精确成像

doi:10.1021/ja5013646

近日,来自新加坡A*STAR研究所的研究人员对扮演微型二元“条形码”的杆状样单晶体进行分析,揭示了其追踪细胞的特殊功能及防伪措施,相关研究刊登于国际杂志Journal of the American Chemical Society上。所谓的稀土元素掺杂的增频转换材料具有高潜力的应用价值,比如其可以用于抵御犯罪的发生,亦可抵御癌症的发生,然而截止到目前由其制成的单晶纳米晶体并不实用,因为其尺寸太小而不足以使得研究人员用常规的光学显微镜进行观察。

这项研究中,研究人员Xiaogang Liu就通过合成不同颜色的微尺度杆(微型杆)克服了上述问题,研究者开发的这种多色彩微尺度杆含有红色、绿色和蓝色条,这些不同颜色的棒状条是由稀土元素掺杂的增频转换材料制成,即NaTF4,这些不同颜色的棒状条就可以通过标准的显微镜进行观察分析。

【10】Nat Commun:细菌“条形码”帮助人们治疗肺结核

doi:10.1038/ncomms5812

近日研究人员发现,引起致命的呼吸道疾病的细菌已经进化成菌株族,或菌株系,这可能不同程度的影响到人们的健康。为了帮助识别结核病不同的起源和染色体位置,结核病如何在世界范围内扩散以及人对人在空气中传播的状况,该研究小组研究了超过90000多个基因突变图谱以寻求结果。

根据发表在Nature Communnations杂志上的这项研究发现,仅62个突变菌株需要编码全球菌株系。Taane Clark博士说:“越来越多的关注点集中在新技术上,这些技术可以帮助那些正在治疗的肺结核患者。”“新的条码技术很容易实施应用,并且被用来确定毒性表现的菌株类型。我们将这些信息提供给医生和科学家作为研究肺结核的依据,这样他们可以更容易地知道他们所处理的菌株是哪种类型。”

研究者表示,新技术使其更容易追踪突变基因,但基因组是非常复杂的,我们希望这简单的条形码能帮助人们的研究。(生物谷miaobaku.com)

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