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新技术使研究基因功能更容易、更快、更高效

贝勒医学院的研究人员说,研究基因在基础生物学和疾病中的作用现在更容易、更快、更有效。他们开发了一个基于药物的基因平台,使科学家能够跟踪实验室果蝇的基因操作,而无需筛选数千只果蝇。

研究人员在细胞报告中描述了这项新技术的基本原理及其应用实例。STAR协议中的一篇配套论文展示了如何建立、实施和分析这项技术所涉及的实验程序。免费提供遗传工具和资源,包括一个质粒库,以协助研究人员将这种新方法应用到他们的实验系统中。

第一作者Nick Matinyan博士说:“实验室果蝇是一种广泛使用的动物模型,用于研究基因和突变对生物过程的作用,包括对健康和疾病的影响。”Nick Matinyan博士是Koen J.T.Venken博士贝勒实验室的研究生,当时他正在从事这一项目。他目前是约翰霍普金斯大学医学院的博士后研究员。

为了研究特定基因的功能,研究人员首先将其引入数千只果蝇,然后对果蝇进行单独筛选,以确定哪些果蝇成功地整合了该基因。为了区分携带感兴趣基因的苍蝇和不携带感兴趣基因的苍蝇,在基因上添加了一种“标签”。传统上,这种标签是苍蝇容易观察到的一种物理特征。标签可以是特定的眼睛颜色,例如红色,因此研究人员知道红眼睛的苍蝇是携带研究基因的苍蝇。体色、翅膀或体形是其他身体特征,通常用于标记感兴趣的遗传特征。

“这一过程多年来一直运作良好,但一个主要的缺点是,在显微镜下对数千只苍蝇进行单独目测,以寻找特定的身体特征,可能会变得非常乏味和耗时。”贝勒韦纳和马尔斯·麦克莱恩生物化学和分子生物学系的助理教授、这项工作的合著者文肯说。

贝勒大学分子和人类遗传学及神经科学副教授、该研究的合著者赫尔曼a.迪瑞克博士说:“在目前的研究中,我们开发了一套基于药物的标记系统,用于选择或反选择研究基因,这显著改善了筛选过程。”。

简单选择与费力筛选

这项新技术背后的想法是,它们不是用物理特性标记感兴趣的基因,而是用另一种基因标记,使苍蝇对特定药物产生耐药性或敏感性。研究人员现在可以使用该药物在一群果蝇中选择或反选择携带感兴趣基因的果蝇,而不是手动筛选身体特征。

使用抗药性标签选择携带感兴趣基因的果蝇的实验将首先将研究基因和相关的抗药性标签引入果蝇,然后将所有果蝇暴露于添加到其食物中的药物。含有研究基因的苍蝇也对该药物具有耐药性,并能在暴露后存活下来。

马蒂扬说:“这种更简单、有效的策略节省了大量的时间,使研究人员的工作效率更高。”。

其他类型的实验可能受益于使用药物敏感标签的反选择策略。

“我认为反选择对于研究一个基因并希望对同一基因进行多次修改以研究其功能如何改变的科学家来说非常有用,”药理学和化学生物学助理教授、Dan L Duncan综合癌症中心成员和McNair学者Venken说。“在这种情况下,将药物敏感性标签和耐药性标签结合起来是值得的,这种结合可以帮助选择和反选择感兴趣的基因。研究人员可以制作多种基因组合并进行选择,然后在随后的步骤中以极低的成本快速反选它们。”

迪瑞克说:“就时间而言,我估计这项新技术至少比传统方法快10倍。”。

马蒂扬说:“我们希望这项工作提供了一个框架,可以加速从实验室工作台到床边的过渡。”。“通过开发使基础研究更容易、更简单、更快的工具,我们可以缩短从理解基础知识到将其作为转化结果实施所需的时间。”

这里描述的主要论文有一个配套出版物,这是一个关于如何将这些标签和药物应用到特定项目中的技术分步指南。

Matinyan说:“该方案包括如何在研究人员的实验室中应用该技术的具体细节,以及他们现有的设备。”。“对于那些有兴趣在另一种动物模型中使用此方法的人,本论文提供了一个起点。”

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