一项新的成像技术可以让科学家们在细胞内监视大量的信息传递。潜在的一切。

 

麻省理工学院霍华德·休斯医学研究所的研究员艾德·博伊登说，到目前为止，大多数科学家一次只能看到一到两个细胞内信号。博伊登说，他的团队的新方法可以让你想看到多少信号就能看到多少，而且是实时的，一次看到多少信号，这让研究人员比以往任何时候都能更详细地了解细胞内部的讨论。

 

Boyden和他的同事于2020年11月23日在《细胞》杂志上报告说，在神经元测试中，研究人员检查了涉及学习和记忆等过程的五种信号。“你可以把这项技术应用到各种各样的生物之谜上，”他说。“每个细胞的工作取决于它内部的所有信号。”因为信号传递对所有的生物过程都有影响，研究它的更好方法可以为许多疾病指明方向，从阿尔茨海默氏症到糖尿病和癌症。

 

哈佛医学院的神经生物学家克利福德·伍尔夫没有参与这项工作，他说，这个团队的新方法是一个突破。他计划用它来检验疼痛感知神经元如何在受伤或疾病中变得更加敏感。他说，有了新的成像技术，“我们可以以一种以前不可能的方式分解细胞中发生的事情。”

 

给计算机或人脑信息，当它准备响应时，它就会发出电脉冲的噼啪声。在细胞内，这些脉冲导致多种分子信号的爆发。Boyden将这个过程描述为一组对话。“一个细胞内的信号就像一群人试图决定晚上做什么:他们考虑了很多可能性，然后决定集体做什么，杏耀代理”他说。

 

这些关于细胞的讨论是促使神经元编码记忆或细胞癌变的原因。尽管这些信号很重要，但科学家们仍然不能很好地理解这些信号是如何协同工作来指导细胞的行为的。

 

为了观察细胞信号的作用，科学家通常会引入基因编码连接荧光蛋白的传感器。这些分子报告者感觉到一个信号，然后在显微镜下发出特定颜色的光。研究人员可以使用不同颜色的报告器来区分每个信号。但是，要找到一组用显微镜可以区分颜色的记者是一项挑战。而一个典型的手机通话可能包含数十个信号——甚至更多。

 

博伊登实验室的科学家长阳令虎(Changyang Linghu)和香农约翰逊(Shannon Johnson)绕过了这一限制，他们让记者接触到像乐高积木一样可以自我组装的小蛋白质。这些小蛋白质“碰撞在一起”，形成像小岛一样随机分散在细胞各处的集群。每一簇在显微镜下显示为一个发光点，只报告一种细胞信号。约翰逊说:“这就像有些岛屿用温度计报告温度，而其他岛屿用气压计测量压力。”

 

在对神经元的实验中，研究小组创建了神经元簇， 杏耀娱乐生财 ，杏耀当检测到包括钙离子和其他重要信号分子在内的五种不同信号中的一种时，每个神经元簇都会发光。在对活细胞进行成像后，研究人员将分子标签附着在发光的点上，以识别位于那里的报告者。通过计算机分析，研究小组把这些点变成了洋红色、黄色和其他颜色，取决于它们代表的是钙还是其他信号。这让他们看到细胞内部哪些信号是开启和关闭的。

 

通过同时监测这么多信号，研究小组能够弄清楚每个信号之间是如何关联的。“理清这些关系可以帮助科学家理解复杂的过程，比如学习，”令狐说。

 

他把细胞比作管弦乐队，把细胞发出的信号比作交响乐。他说:“只听一种乐器很难完全欣赏一首交响乐。”因为这项新技术可以让科学家同时观察到多种信号，“我们可以理解细胞活动的交响乐。”

 

博伊登的研究小组估计，用他们的技术可以探测到多达16种信号，但基因工程技术的进步可能会显著提高这个数字。“你可能会看到几十个、几百个，甚至更多的信号，”他说。“下一个挑战，”博伊登说，“是将所有这些信号的传感器放入细胞中。”