基于纳米操纵的生物信息原位获取幻灯片.pptVIP

基于纳米操纵的生物信息原位获取 2003年９月.杭州 研究背景纳米尺度生物信息获取 随着生物学研究的不断发展和深入，越来越需要得到单个细胞、单个分子内部纳米尺度原位的生物信息，如基因的时空表达,蛋白质折叠等。 生物体系往往是由多样化的分子组成的复杂体系，这种多样化的组成发生在微观层次，从微米一直延续到纳米尺度。 研究背景 局限于单个基因的分析 通常不能进行定性研究(如突变) 分辨率不够 电子显微技术 空间分辨率足够 但染色方法有限 只能够用于成像 研究背景 研究背景 不同于非生物体系的单分子操纵技术，由于DNA可以被扩增到宏观量，所以可以进行随后的信息分析 我们在对单个生物分子的纳米操纵方方面发展了独创的技术，并取得了若干关键性进展。 进一步开展对当前生物分子的纳米操纵技术原位获取生物信息是非常必要的,也是完全可能的。 研究目标 我们旨在建立一种基于纳米操纵的生物样品分离、扩增和分析技术,以此在纳米尺度获取生物信息。 主要研究内容 ＤＮＡ分子的精确纳米操纵技术； 纳米操纵获得的单个DNA模板的ＰＣＲ扩增； 一种新型的纳米测序方法研究 拟重点解决的科学问题或关键技术 ⑴ 对DNA片段快速地切割和提取的单分子操纵技术 　　　用AFM针尖对DNA单分子切割和分离涉及到针尖与样品、样品与表面之间复杂的相互作用，目前还没有关于用AFM针尖连续切隔和分离过程的报道。 ⑵ 单分子PCR扩增技术 　　　物理方法（切割和拾取）是否会损伤DNA模板进而影响PCR扩增的效率是一个要认真考虑的问题；另外，如何实现单分子DNA为模板的PCR扩增的较高效率也是很关键的问题。 已有基础 “单分子探测与操纵实验室”自９０年代初长期从事AFM及其生物学应用研究。９５年开始ＤＮＡ分子的微纳米操纵研究。 　　　负责人 在AFM方法学研究上有自己的特点和优势(曾经在Science上发表文章并有相应国际专利), 在生物大分子的操纵研究上最近已经实现了DNA分子的纳米图形构造。 亚细胞水平的切割和操纵 主要研究设备 美国进口的多功能纳米显微镜系统（$450k) 自行研制和改造的分子操纵设备 人舌鳞癌组织精细结构的成像 显示细胞间分散，彼此联系不紧密，有一个巨大的畸形核，核膜清晰，严重内陷，核区较亮，箭头所示可能是核内的斑块（nuclear speckles）。 AFM对核内结构的成像 核仁是RNA活跃的区域，包括rRNA的合成、加工以及mRNA的输出与降解。提取该区域的生物分子作进一步研究具有重要意义。图中为培养的Tca8113细胞，扫描范围25μm ×25 μm 。 人神经胶质瘤细胞 摩擦力像 25μm ×25 μm 人舌鳞癌细胞 高度像 16μm ×16 μm  Efficient Isothermal Amplification of Single DNA Molecules Stanley Tabor and Charles Richardson Department of Biological Chemistry and Molecular Pharmacology Harvard Medical School, Boston, MA 02115 We are developing DNA polymerases for use in DNA sequencing and amplification applications. We will describe our progress in developing a very efficient isothermal amplification system that is based on the replication machinery of bacteriophage T7. This system is capable of amplifying single DNA molecules, increasing the amount of DNA more than a trillion-fold in a 30 min reaction. Amplification is nonspecific. The template can be circular (e.g. plasmid or BAC DNA) or linear (e.g. genomic DNA). The reaction requires no exogenous primers, using the inherent priming activity of the T7 primase. 1. The preparatio