显微镜和标记技术映射DNA突变

在布里斯托大学工作的科学家团队开发了一种新的纳米显微镜 - 由典型DVD播放器中的激光和光学器件驱动。这项新技术被用于改变诊断和发现引起疾病的基因突变的方式。这个显微镜每秒都映射数百个化学条形码的DNA分子，这是由弗吉尼亚联邦大学的Jason Reed教授领导的一组美国科学家合作开发的。Reed教授的团队使用CRISPR-Cas9标记分子，这样它们的定位几乎与DNA测序一样准确，同时也能以更快的速度处理大部分基因组。使用现成的DVD组件，布里斯托尔团队增强了他们的原子力显微镜(AFM)，使其能够以每秒数百个的速率将单个DNA分子的长度物理映射到数十个碱基对的分辨率。

这种前所未有的速度提升使这种DNA条形码方法首次用于实际诊断。IBM科学家在1989年制定AFM技术并使用相关技术在原子级重新排列分子来拼出“IBM”时成为头条新闻。AFM通过使用微型触控笔实现这种细节水平 - 类似于唱机上的针 - 几乎不接触被研材料的表面。触笔和分子之间的相互作用产生了图像。然而，传统的AFM对于医疗应用而言太慢，因此主要由材料科学的工程师使用。该显微镜测量具有亚原子分辨率的单个DNA分子，同时创建大小达一百万个碱基对的图像。它使用DNA测序所需样品量的一小部分，大大缩短了测量时间。

布里斯托大学物理学院的Oliver Payton博士共同发明了纳米显微镜。他说：“使用每台DVD播放机中的激光聚焦机制，我们已经建立了一台显微镜，它具有分辨率和速度，可以测量三维样品表面上的每个分子。“虽然其他类型的显微镜具有观察这些DNA分子的分辨率，但它们的速度要慢几千倍，并且需要数年才能做出明智的诊断。“我们的显微镜不仅适用于这些医疗应用，而且由于可以随时使用的DVD播放器组件，它可以大规模生产。”

最近，CRISPR在基因编辑方面取得了很多头条新闻。CRISPR是一种科学家能够利用靶向核糖核酸(RNA)进行“编程”的酶，以便在细胞自身修复的精确位置切割DNA。

Reed教授团队开发的巧妙的化学条形码方法改变了CRISPR酶的化学反应条件，使其仅粘附在DNA上，实际上并没有切割它。

他说：“因为CRISPR酶是一种物理上比DNA分子大的蛋白质，所以它非常适合这种条形码应用。“我们惊讶地发现这种方法在与DNA 分子结合时效率接近90%。而且因为很容易看到CRISPR蛋白质，你可以发现DNA模式中的基因突变。”

为了证明该技术的有效性，研究人员绘制了淋巴瘤患者淋巴结活检中存在的遗传易位图。

当一部分DNA被复制并粘贴到基因组中的错误位置时，就会发生易位。它们在诸如淋巴瘤的血癌中尤其普遍，但也存在于其他癌症中。