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                  高通量DNA測序法可繪制全腦神經(jīng)連線圖

                  2012-10-25 11:26:34 來源:

                    美國神經(jīng)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的革命性方法,以獲得小鼠的全腦神經(jīng)元連接圖。相關(guān)研究成果刊載于10月23日《公共科學(xué)圖書館·生物學(xué)》雜志上。

                    該研究小組由冷泉港實(shí)驗(yàn)室安東尼·扎多教授領(lǐng)導(dǎo),旨在提供一個(gè)完整的神經(jīng)元連接圖。目前獲取此種高精度信息的唯一方法,是利用電子顯微鏡檢查單個(gè)細(xì)胞間的突觸。但這是一種速度慢、價(jià)格貴和勞動(dòng)密集型的方法。扎多提出的方法是,利用高通DNA(脫氧核糖核酸)測序,以單個(gè)神經(jīng)元的解析度來探求神經(jīng)回路的連接。

                    之前,美國科研團(tuán)隊(duì)在哺乳動(dòng)物的大腦映射連接上已取得一些進(jìn)展。他們利用注射示蹤染料或病毒的方法,以“中等”分辨率追蹤腦區(qū)的神經(jīng)纖維來描繪神經(jīng)元連接圖。其他研究小組則是基于用電子顯微鏡按比例放大的方法。

                    扎多表示,他們將以目前現(xiàn)有的高通量基因組測序儀可讀的數(shù)據(jù)格式,來呈現(xiàn)神經(jīng)元的連接。為此,他們開發(fā)了一種被稱為“單個(gè)神經(jīng)元連接條形碼”(BOINC)的新工藝。

                    扎多團(tuán)隊(duì)旨在以超越“中等”的精度,即以一對獨(dú)立神經(jīng)元間的突觸級別來追蹤大腦中的神經(jīng)連接。扎多表示,正在接受概念論證測試的BOINC條形碼技術(shù),可直接觀察到神經(jīng)回路進(jìn)行的計(jì)算。實(shí)際上,目前大多數(shù)神經(jīng)計(jì)算還無法在這樣的精度上被理解,主要是因?yàn)闊o法在哺乳動(dòng)物身上獲得詳盡的回路信息。

                    BOINC方法由三個(gè)步驟組成。首先,每個(gè)神經(jīng)元都用特定的DNA條形碼標(biāo)定。僅包含20余個(gè)隨機(jī)DNA“字母”的一個(gè)條形碼,就可標(biāo)定一萬億個(gè)神經(jīng)元,這個(gè)數(shù)字已超過了小鼠大腦中存在的神經(jīng)元數(shù)量。第二步著眼于由突觸連接的神經(jīng)元,并將其條形碼與另一個(gè)聯(lián)系起來。做到這一點(diǎn)的方法之一是利用一種病毒,如偽狂犬病病毒,它能跨越突觸移動(dòng)遺傳物質(zhì)。為了共享跨突觸的條形碼,病毒必須被設(shè)計(jì)成在其基因序列中攜帶這個(gè)條形碼。病毒跨突觸擴(kuò)散后,每個(gè)神經(jīng)元以條形碼包的形式有效終結(jié),這個(gè)條形碼包中包含有自身以及來自突觸耦合伙伴的代碼。第三步則是將突觸連接神經(jīng)元的條形碼連起來,形成一個(gè)單獨(dú)的DNA片段,然后用現(xiàn)有的高通量DNA測序方法讀取。這些雙條形碼序列經(jīng)計(jì)算分析,就可顯示出大腦突觸接線圖。

                    扎多表示,如果BOINC目前正在進(jìn)行的概念論證測試能獲得成功,其將提供一個(gè)顯著廉價(jià)和快速的方法來組裝神經(jīng)元連接體,甚至是哺乳動(dòng)物復(fù)雜的大腦。(新華網(wǎng))