超分辨率熒光顯微鏡助莊曉薇再發(fā)Science文章

哈佛年輕華人教授莊曉薇（Xiaowei Zhuang）主要進(jìn)行的是顯微成像方面的研究，在2005年的一項(xiàng)研究中，莊曉薇與其它同事發(fā)現(xiàn)了一種能夠幾百次地反復(fù)在各種顏色的光照下使用的，能夠驅(qū)動為熒光態(tài)和暗態(tài)的發(fā)光分子團(tuán)，從而得到了一種比傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡高10倍以上的分辨率的顯微技術(shù)，并將這種技術(shù)命名為隨機(jī)光學(xué)重建顯微法(stochastic optical reconstruction microscopy，STORM)。

在2007年，這一研究團(tuán)隊(duì)又發(fā)現(xiàn)了特殊的熒光探針家族，實(shí)現(xiàn)了多色隨機(jī)光學(xué)重建顯微法（multicolor stochastic optical reconstruction microscopy），并利用這種方法以20-30納米級別的分辨率演示了DNA模式樣品和哺乳動物細(xì)胞的多色成像，這一研究成果公布在《Science》雜志在線版上。

2008年莊曉薇課題組再次在《Science》發(fā)表研究論文。在這篇文章中研究小組的成員利用單分子熒光能量轉(zhuǎn)移對HIV病毒逆轉(zhuǎn)錄酶RT與核酸底物之間的相互關(guān)系進(jìn)行了實(shí)時監(jiān)控，獲得了相關(guān)的動力學(xué)數(shù)據(jù)，對于艾滋病的治療意義重大。

2011年9月的《Science》又刊發(fā)了她與著名華人院士謝曉亮（X. Sunney Xie）共同領(lǐng)導(dǎo)完成的一項(xiàng)科研成果。在這篇文章中，研究人員利用超分辨率熒光顯微鏡(super-resolution fluorescent microscope)結(jié)合染色體構(gòu)象捕獲分析法（chromosome-conformation capture assay）對活體大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)的擬核相關(guān)蛋白（nucleoid-associated proteins ，NAPs）進(jìn)行了跟蹤觀察，并由此揭示了細(xì)菌遺傳物質(zhì)組織機(jī)制。不同于真核細(xì)胞，細(xì)菌細(xì)胞只具有原始的核，沒有核膜及核仁，結(jié)構(gòu)簡單。大腸桿菌基因組為雙鏈環(huán)狀的ＤＮＡ分子，在細(xì)胞中以緊密纏繞成的較致密的不規(guī)則小體形式存在于細(xì)胞中，該小體稱為擬核，亦稱細(xì)菌染色體。NAPs是一類結(jié)合在細(xì)菌染色體DNA上的小分子堿性蛋白質(zhì)。過去的研究證實(shí)NAPs參與調(diào)控細(xì)菌DNA的復(fù)制、重組、轉(zhuǎn)錄和修復(fù)等多個重要生理過程，此外在擬核的結(jié)構(gòu)形成中也起著極其重要作用。研究人員利用光敏開關(guān)染料標(biāo)記蛋白獲得了大腸桿菌活細(xì)胞中幾種NAPs超高分辨率成像，并證實(shí)一種可導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄沉默的NAPs ——H-NS在細(xì)菌擬核結(jié)構(gòu)形成中發(fā)揮關(guān)鍵性的作用。

新研究結(jié)果證實(shí)了新型成像技術(shù)在解析活細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用潛力，并為研究人員更深入地了解細(xì)菌中遺傳物質(zhì)及基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制打開了一扇新窗口。