新的DNA成像技術達到納米分辨率

　　斯坦福大學的研究人員近日開發出一種新的DNA成像技術，它基于單分子顯微鏡，可在納米水平觀察DNA鏈。在上周發表于《Optica》雜志的一篇文章中，研究小組介紹了這種新技術，并獲得了數千個熒光染料分子與DNA鏈結合的超分辨率圖像和方位測定。

　　研究人員認為，這種成像技術能在納米水平提供DNA本身的信息，這可能有助于監控DNA構象的改變或特定區域的損傷，這些可以通過染料分子的方位改變來呈現。他們還認為，這種技術也能用來監控DNA與蛋白的相互作用，這推動了許多細胞過程。

　　研究人員改良了單分子顯微鏡，增加了一個名為電光調制器（electro-optic modulator）的光學元件，以獲得單分子方位信息。電光調制器能夠改變激光的偏振，讓那些更靠近激光偏振的熒光分子變得更亮，而那些遠離的分子變得更暗。

　　當連續數幀圖像中的分子在亮和暗之間切換時，研究人員確定，這些分子被嚴格限制在特定方位，而當圖像中的分子一直很亮時，則被認為是處于松散的結構。

　　在這篇文章中，研究人員證明了大約25 nm的空間分辨率，而單分子方位測定的準確性在5度。他們還測定了單分子的旋轉動力學，其準確性在20度。

　　不過，為了真正檢驗這種方法在測定方位信息上的效果，研究小組要看看它是否適用于不同的染料。首先，研究人員分析了一種名為SYTOX Orange的嵌入染料，這種熒光染料滑入DNA堿基之間的區域。在短短13分鐘內，他們獲得了30萬個單分子位置和3萬次單分子方位測定。

　　研究小組的分析表明，單個染料分子垂直定位于DNA鏈的軸。盡管這個分子往往定位在垂直的方向，但它們確實在約束錐內移動。

　　接著，研究人員利用另一種不同類型的熒光染料開展類似的分析，這種染料名為SiR-Hoechst，由兩部分組成：一部分與DNA連接，另一熒光部分則通過“軟繩”連接。他們發現，增強的DNA成像技術可檢測這種“柔軟性”，并指出，這種方法能幫助科學家了解不同標記與DNA的連接是移動的，還是固定的。

　　“這項工作表明，插入染料可作為一種精密的傳感器，在單分子水平研究DNA與結合蛋白的互作，”研究人員在文中指出。“例如，核小體通過將DNA包裹成環，在DNA壓縮和調控基因表達上起了至關重要的作用。利用單分子方位數據，這種環的形成可輕松監控。”