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科學(xué)文獻(xiàn)中有大量的關(guān)于細(xì)胞群體研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這些為早期生化研究，細(xì)胞生物學(xué)研究提供了寶貴的資料。但是隨著研究的深入，科學(xué)家們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到所謂“平均”狀態(tài)下的細(xì)胞生物學(xué)并不能滿足機(jī)制研究的需要，針對(duì)單個(gè)細(xì)胞的研究迫在眉睫。 
單細(xì)胞研究能幫助科學(xué)家們分析之前無(wú)法預(yù)料，或者曖昧不清的細(xì)胞應(yīng)答作用，細(xì)胞對(duì)不同信號(hào)的反應(yīng)。在一期（12月5日）的Science雜志上，就專門以“Single-Cell Biology”為題，介紹了單細(xì)胞研究的進(jìn)展。
專題共包括一篇概述和三篇綜述，分別介紹了單細(xì)胞酶活性，轉(zhuǎn)錄應(yīng)答，以及單細(xì)胞代謝狀態(tài)的內(nèi)容。  
微生物單細(xì)胞基因組研究
美國(guó)能源部下屬聯(lián)合基因組研究所的研究人員選擇了201種微生物和古生細(xì)菌的細(xì)胞，進(jìn)行單細(xì)胞測(cè)序，解析了其部分基因組（從10%到90%不等，取決于不同細(xì)胞）。這些微生物來(lái)源于9種不同的生存環(huán)境，包括海底熱水流火山口以及地下金礦等，沒有一種曾被測(cè)序或在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)培養(yǎng)過(guò)。 
研究表明，不同生命之間的很多邊界并不像以前所認(rèn)為的那樣固若金湯。例如，一種微生物使用以前被認(rèn)為僅僅在古生細(xì)菌中存在的酶合成出了DNA和RNA的基礎(chǔ)組成部分——嘌呤堿基。研究還顯示，有3個(gè)古生細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在主要作用是啟動(dòng)RNA轉(zhuǎn)錄（是蛋白質(zhì)生物合成的*步）的西格瑪因子，而以前，科學(xué)家們認(rèn)為這些西格瑪因子僅出現(xiàn)在細(xì)菌體內(nèi)。
研究人員也發(fā)現(xiàn)，有一種細(xì)菌“記錄”了終止密碼子UGA的三字母系列。在幾乎所有其他微生物體內(nèi)，這一核苷酸系列會(huì)朝細(xì)胞發(fā)送信號(hào)，讓其停止將RNA翻譯成蛋白質(zhì)；但在這一微生物體內(nèi)，它則告訴細(xì)胞制造氨基甘胺酸?？茖W(xué)家們也在另一種細(xì)菌內(nèi)發(fā)現(xiàn)了同樣的“記錄”活動(dòng)。這表明，生命的密碼可能比科學(xué)家們認(rèn)為的要更加靈活多樣。 
微芯片揭示癌癥單細(xì)胞研究新機(jī)制
科學(xué)家研發(fā)的一種新的微芯片裝置可通過(guò)將細(xì)胞擠入充滿液體的微通道并追蹤它們將如何改變形狀來(lái)發(fā)現(xiàn)惡性細(xì)胞。細(xì)胞的變形能力長(zhǎng)期以來(lái)就一直與疾病掛鉤，但科學(xué)家們常常一次只能研究一個(gè)細(xì)胞——這是一個(gè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的過(guò)程。 
這種新的裝置使用一種叫做“慣性聚焦”的技術(shù)來(lái)將細(xì)胞按特定路線前往準(zhǔn)確的位置，這樣它們便能在與流體壁相撞時(shí)被均勻地拉伸。當(dāng)一個(gè)細(xì)胞變形時(shí)，它所經(jīng)受的壓縮量可揭示其組成或結(jié)構(gòu)，如它的膜的彈性如何或細(xì)胞內(nèi)的DNA及蛋白的粘性性質(zhì)等。例如，癌性的細(xì)胞往往會(huì)有更多的變形或與正常細(xì)胞相比顯得較大。這一壓縮過(guò)程發(fā)生在一個(gè)有著微小、透明通道（大約為人毛發(fā)直徑的一半）的芯片上，這些通道能被一個(gè)高速攝像機(jī)在每秒鐘對(duì)數(shù)千個(gè)改變形狀的細(xì)胞進(jìn)行攝像。用這種技術(shù)所產(chǎn)生的大量的攝像數(shù)據(jù)能讓研究人員對(duì)細(xì)胞變形創(chuàng)建特征性檔案。他們用該檔案來(lái)確定病人是否有惡性腫瘤或只是良性的情況。
這些結(jié)果表明，細(xì)胞的變形能力能被用來(lái)作為一種診斷癌癥的新型物理性生物標(biāo)記，而體液中有癌細(xì)胞的一小組病人可在早期獲得診斷。 
單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)進(jìn)展
來(lái)自美國(guó)德州大學(xué)MD安德森癌癥中心的分子遺傳學(xué)家Nicholas Navin與其合作者開發(fā)了一種單核測(cè)序（single-nucleus sequencing）技術(shù)，能用于繪制腫瘤圖譜。研究人員利用這一技術(shù)追查了癌癥的進(jìn)化，追蹤了癌癥隨時(shí)間和擴(kuò)散越來(lái)越普遍時(shí)不同的細(xì)胞亞群。 
Navin表示，“當(dāng)前的方法是整體分析腫瘤，由此報(bào)告來(lái)自細(xì)胞群的平均信號(hào)。其缺點(diǎn)在于它可能掩蓋了zui豐富的、也是zui惡性的腫瘤細(xì)胞亞群。”
而他們開發(fā)的方法能隨機(jī)抽取單個(gè)細(xì)胞遺傳信息，“我們想在人類腫瘤中描繪出克隆的多樣性，了解這一參數(shù)在評(píng)估侵襲、轉(zhuǎn)移、存活和對(duì)*的反應(yīng)中是否具有預(yù)測(cè)價(jià)值。利用單細(xì)胞測(cè)序我們能夠在腫瘤中重建這些細(xì)胞系，并了解突變的年表。” 
為了完成這種單細(xì)胞分析，Navin實(shí)驗(yàn)室利用了一套系統(tǒng)，包括流式細(xì)胞分選單細(xì)胞或細(xì)胞核、激光捕獲顯微切割、全基因組擴(kuò)增和新一代測(cè)序。其中用于分離單腫瘤細(xì)胞的是一種稱為DEPArray的儀器，由意大利Silicon Biosystems公司開發(fā)。這種儀器可以從十萬(wàn)個(gè)細(xì)胞的化合物中分離，移動(dòng)和成像一個(gè)癌細(xì)胞。
DEPArray的另外一個(gè)特點(diǎn)就是能保持細(xì)胞活性的情況下分離細(xì)胞，這樣獲得的細(xì)胞可以繼續(xù)培養(yǎng)或者應(yīng)用表達(dá)譜、測(cè)序、拷貝數(shù)變異等分析。DEPArray中的顯微攝像系統(tǒng)可以檢測(cè)多重?zé)晒鈽?biāo)記，并結(jié)合形態(tài)學(xué)分類，根據(jù)需要收集細(xì)胞，采用的是無(wú)物理接觸、無(wú)形的電阱將細(xì)胞籠罩并沿特定軌跡移動(dòng)至收集池。