DNA的直接图像显示其测量结果

尽管DNA分子的双螺旋已经成为遗传学家的标志，但大多数关于其结构的知识都是基于间接测量的数字模拟图像收集的。

现在，国王阿卜杜拉科技大学(KAUST)的Enzo Di Fabrizio团队制作了一个单一DNA分子的高分辨率直接图像。

2012年，当时在意大利理工学院的Di Fabrizio拍摄了DNA分子的第一个电子显微镜图像。高能电子束的能量太大，破坏了单个DNA分子，将它们限制在几个分子的成像束中。现在在KAUST，Di Fabrizio和他的团队开发了一种使用较低光束功率来拍摄DNA分子的方法。

通过将DNA悬浮在带孔的基底中，它们避开了通常在基底上发生的电子散射。这增加了信噪比，减少了所需的电子剂量，使他们能够以1.5?s的分辨率显示单个DNA分子。

该团队使用得到的图像来测量DNA分子的特征，例如其直径和螺旋的螺距。他们的测量结果与早期X射线显微镜实验的结果相符。与传统的X射线技术不同，传统的X射线技术是对许多分子进行平均测量，新方法从单个分子中收集数据，从而能够检测出生物学上重要的结构变化。

从单个DNA分子进行精确测量的能力将有助于研究人员解决结构生物学和分子医学中的问题。

尽管最终的成像步骤是在真空中用干燥的DNA分子进行的，但是制备过程被设计成模拟生理条件。“这意味着在制备过程中，我们可以允许DNA与蛋白质相互作用，例如，在生理条件下进行过程，”Di Fabrizio解释说。

伦敦纳米技术中心的纳米级生物物理研究员Bart Hoogenboom用原子力显微镜对单个DNA分子进行成像，他说这项工作向前迈进了一步，但强调了在样品制备过程中需要拉直DNA分子。

“在活细胞中，DNA不会以如此长的直线构型出现，而是呈现出更加盘绕和打结的结构外观，这对于如何促进和抑制基因表达非常重要，”他说。

尽管如此，高分辨率图像揭示了未通过X衍射测量的重要结构信息，例如单个碱基和骨架的长度或螺旋轴倾斜角度。

“在单个DNA分子水平上的知识将帮助我们理解与表观遗传修饰或蛋白质相互作用相关的问题，”Di Fabrizio说，并补充说新技术“也可能对其他科学领域产生影响，如分子电子学和纳米制造用DNA作为支架。“