లియు ల్యాబ్ కోసం, అవసరం నిజంగా ఆవిష్కరణకు తల్లి.
కణాలలో ఎక్కడ మరియు ఎలా వ్యక్తీకరించబడుతుందో అర్థం చేసుకోవడానికి జన్యువు యొక్క 3D సంస్థ జన్యువు యొక్క 3D సంస్థ ఎలా అభివృద్ధి చెందుతుందో మరియు మందపాటి కణజాల నమూనాలో వందలాది ఆర్‌ఎన్‌ఎ అణువులను ఎలా చిత్రీకరిస్తుందో పరిశీలిస్తున్నారు.
కేవలం ఒక సమస్య ఉంది: పని వరకు ఏ సాధనాలు లేవు. ఒక సాంకేతికత చాలా RNA అణువులను చిత్రించగలదు, కానీ కణాల సన్నని పొరలో మాత్రమే. మరొక పద్ధతి లోతైన కణజాలంలో చిత్రించగలదు కాని ఒకే నమూనాలో మూడు లేదా నాలుగు అణువులను మాత్రమే గుర్తించగలదు.
కాబట్టి, HHMI యొక్క జానెలియా రీసెర్చ్ క్యాంపస్‌లోని బృందం వారి స్వంత సాధనాన్ని నిర్మించాలని నిర్ణయించుకుంది. ఫలితం ఒక వినూత్న కొత్త సాంకేతికత, ఇది మందపాటి జీవ నమూనాలలో ఒకే కణాలలో వందలాది ఆర్‌ఎన్‌ఎ మరియు ప్రోటీన్ అణువులను ట్రాక్ చేయడానికి ఒక నవల DNA బార్‌కోడ్ వ్యవస్థను ఉపయోగిస్తుంది, కణజాలాలలో ఈ నిర్మాణాలు ఎలా నిర్వహించబడుతున్నాయో పరిశోధకులకు పూర్తి చిత్రాన్ని అందిస్తుంది.
RNA అణువులు జీవన కణాల పనిని నిర్వహించే ప్రోటీన్లను తయారు చేయడానికి DNA నుండి సూచనలను కలిగి ఉంటాయి. సంక్లిష్ట కణజాలాలలో ఈ అణువులు ఎక్కడ ఉన్నాయో తెలుసుకోవడం, వివిధ ప్రాంతాలు మరియు కణ రకాల్లో జన్యువులు ఎక్కడ మరియు ఎలా వ్యక్తీకరించబడుతున్నాయో అర్థం చేసుకోవడంలో కీలకమైన భాగం. ఈ సమాచారం ఒక జీవి యొక్క వివిధ భాగాలలో జన్యువులు ఎలా పనిచేస్తుందో, అవి అభివృద్ధిని ఎలా ప్రారంభిస్తాయో మరియు వ్యాధులలో అవి ఎలా మార్చబడతాయో అర్థం చేసుకోవడానికి పరిశోధకులకు వీలు కల్పిస్తుంది.
జీవశాస్త్రం మరియు న్యూరోసైన్స్‌లో దాని ఉపయోగం దాటి, కొత్త పద్ధతిని డయాగ్నొస్టిక్ ఇమేజింగ్‌లో కూడా ఉపయోగించవచ్చని పరిశోధకులు తెలిపారు.
“ఇది నా ఫీల్డ్‌లోని వ్యక్తుల కోసం మాత్రమే కాకుండా, ఇది చాలా విస్తృతంగా గేమ్‌చాంగర్‌గా ఉంటుందని నేను భావిస్తున్నాను” అని జానెలియా గ్రూప్ నాయకుడు జేమ్స్ లియు చెప్పారు. “ఇది చాలా అస్పష్టమైన ప్రశ్నకు సమాధానం ఇవ్వడానికి అభివృద్ధి చేసిన సాధనం, కాని జీవశాస్త్రవేత్తలందరూ తమ అభిమాన నమూనాలలో ఈ పద్ధతిని ఉపయోగించవచ్చని నేను భావిస్తున్నాను.”
లోతు మరియు నిర్గమాంశ
సైకిల్హెచ్ఆర్ అని పిలువబడే కొత్త ఇమేజింగ్ సాధనం, హైబ్రిడైజేషన్ చైన్ రియాక్షన్ లేదా హెచ్‌సిఆర్ అని పిలువబడే గతంలో అభివృద్ధి చేసిన టెక్నిక్‌పై నిర్మిస్తుంది. ఫ్లోరోసెన్స్ మైక్రోస్కోప్ ద్వారా చిత్రించేటప్పుడు ప్రకాశవంతమైన బెకన్ లాగా ప్రకాశించే లక్ష్యంపై ఈ సాంకేతికత బహుళ ఫ్లోరోఫోర్లను సమీకరిస్తుంది, కణజాలాలలో లోతుగా ఉన్న ఒకే కణాలలో అణువులను పరిశోధకులు చూడటానికి వీలు కల్పిస్తుంది.
కానీ HCR ప్రస్తుత ఫ్లోరోఫోర్స్ ద్వారా పరిమితం చేయబడింది, అవి విస్తృత స్పెక్ట్రం కారణంగా, అవి మూడు లేదా నాలుగు రంగులను ఒకేసారి ఉపయోగించడానికి అనుమతిస్తాయి. దీని అర్థం పరిశోధకులు ఒక నమూనాలో కొన్ని అణువులను మాత్రమే గుర్తించగలరు, కణజాలాలలో అవి ఎలా నిర్వహించబడుతున్నాయో పూర్తి చిత్రాన్ని పొందడం కష్టమవుతుంది.
దీనిని అధిగమించడానికి, బృందం వారు లక్ష్యాలకు జతచేయగల నవల DNA బార్‌కోడ్‌లను రూపొందించింది. ఒక సూపర్ మార్కెట్లో ఉత్పత్తులపై బార్‌కోడ్‌ల మాదిరిగానే, ఇది దుకాణంలోని ప్రతి వ్యక్తి రకమైన వస్తువును నియమిస్తుంది, ప్రత్యేకమైన DNA బార్‌కోడ్‌లు పరిశోధకులను నమూనాలోని ప్రతి రకమైన అణువును ట్యాగ్ చేయడానికి అనుమతిస్తాయి.
ప్రతి బార్‌కోడ్‌లో రెండు భాగాలు ఉంటాయి. రెండు ముక్కలు సరిపోలినప్పుడు, లక్ష్యం HCR టెక్నిక్ ద్వారా విస్తరించబడుతుంది. బార్‌కోడ్ యొక్క రెండు భాగాలు వ్యక్తిగత రకాల RNA అణువులను గుర్తించడానికి ట్యాగ్‌లు నిర్దిష్టంగా ఉన్నాయని నిర్ధారిస్తాయి.
బార్‌కోడ్‌లను కూడా సులభంగా తొలగించేలా రూపొందించబడింది, కాబట్టి ఒకే నమూనాలో HCR యొక్క బహుళ రౌండ్లు చేయవచ్చు. ఇమేజింగ్ యొక్క ప్రారంభ రౌండ్ మూడు బార్‌కోడ్‌లను ఉపయోగిస్తుంది, మూడు వేర్వేరు రంగులలో మూడు RNA అణువులను తీస్తుంది. ఈ బార్‌కోడ్‌లు తొలగించబడతాయి మరియు రెండవ రౌండ్ ఇమేజింగ్ మూడు వేర్వేరు బార్‌కోడ్‌లను ఉపయోగిస్తుంది మరియు బహుళ రౌండ్ల కోసం, చివరికి ఒకే నమూనాలో అపరిమిత సంఖ్యలో లక్ష్యాలను కనుగొనటానికి అనుమతిస్తుంది.
“మేము స్ప్లిట్ యాంప్లిఫికేషన్ చైన్ రియాక్షన్ టెక్నిక్‌ను సవరించాము, ఇప్పుడు మేము దీనికి బార్‌కోడింగ్‌ను జోడిస్తున్నాము, ఇక్కడ మేము వందలాది, వేలాది ఆర్‌ఎన్‌ఏలను కూడా గుర్తించగలము, ఈ బహుళ రౌండ్లతో” అని ఈ పరిశోధనలో సహకరించిన లియు ల్యాబ్‌లోని సీనియర్ శాస్త్రవేత్త వాలెంటినా గాండిన్ చెప్పారు. “బార్‌కోడింగ్ ఒక కొత్తదనం మేము దీనికి జోడించాము.”
RNA ను గుర్తించడంతో పాటు, పరిశోధకులు ప్రోటీన్లను గుర్తించడానికి ఒకే బార్‌కోడ్‌లను ఉపయోగించడానికి ఒక మార్గాన్ని అభివృద్ధి చేశారు, కణజాలాలలో RNA మరియు ప్రోటీన్లు రెండూ ఎలా నిర్వహించబడుతున్నాయో పరిశోధకులు బాగా అర్థం చేసుకోవడానికి పరిశోధకులు అనుమతిస్తుంది.
ఈ బృందం ఈ వ్యవస్థను స్వయంచాలకంగా స్వయంచాలకంగా చేసింది, ఈ ప్రక్రియను నిరంతరం పర్యవేక్షించకుండా ఒకే రోజులో డజను పరమాణు జాతుల వరకు పరిశోధకులు గుర్తించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. అదనంగా, పోస్ట్‌డాక్టోరల్ శాస్త్రవేత్త జూన్ కిమ్, కొత్త అధ్యయనం యొక్క సహ-మొదటి రచయిత, జన్యువులు ప్రాదేశికంగా వ్యక్తీకరించబడిన మ్యాప్ మరియు పరిశోధకులు ముడి డేటాను అర్థం చేసుకోవడానికి సహాయపడే విశ్లేషణ పద్ధతులను అభివృద్ధి చేశారు. LIU ల్యాబ్ జానెలియాలోని సైంటిఫిక్ కంప్యూటింగ్ సాఫ్ట్‌వేర్ సపోర్ట్ బృందంతో కలిసి పనిచేసింది మరియు ఉత్పత్తి చేయబడిన పెద్ద మొత్తంలో ఇమేజింగ్ డేటాను ప్రాసెస్ చేయడానికి ఆటోమేటెడ్ పైప్‌లైన్‌ను అభివృద్ధి చేసింది.
పరిశోధకులు జానెలియాలోని ఇతర ప్రయోగశాలలతో కలిసి మౌస్ పిండాలలో జన్యు వ్యక్తీకరణను లెక్కించడానికి కొత్త పద్ధతిని ఉపయోగించారు, ఒకే నమూనాలో 254 జన్యువులను లెక్కించారు. ఇది పరిశోధకులకు పిండంలోని అన్ని సెల్ రకాలను వర్గీకరించడానికి మరియు గతంలో వర్గీకరించబడని కొత్త సెల్ రకాలను కనుగొనటానికి వీలు కల్పించింది, అభివృద్ధిని అర్థం చేసుకోవడానికి ముఖ్యమైన సమాచారం.
క్రొత్త సాంకేతికత ఇప్పటికే శాస్త్రీయ సమాజంలో దృష్టిని ఆకర్షించింది మరియు కొత్త సాధనాన్ని ఉపయోగించడానికి మరిన్ని ల్యాబ్‌లను ప్రారంభించడానికి బృందం కృషి చేస్తోంది. వారు అన్ని బార్‌కోడ్ సీక్వెన్స్‌లను పంచుకున్నారు, అందువల్ల ఇతర ప్రయోగశాలలు తమ సొంత ప్రోబ్స్‌ను రూపొందించగలవు, వాటికి ఆటోమేటెడ్ సిస్టమ్ లేనప్పటికీ. ఈ బృందం వారి ప్రోటోటైప్ సిస్టమ్ యొక్క మరింత క్రమబద్ధమైన సంస్కరణను కూడా నిర్మిస్తోంది మరియు వారి ఆటోమేటెడ్ ప్లాట్‌ఫామ్‌ను శాస్త్రీయ సమాజంతో పంచుకోవాలని యోచిస్తోంది.
“చివరికి ప్రతి ఒక్కరూ దీనిని ఉపయోగించాలని మేము కోరుకుంటున్నాము” అని లియు చెప్పారు. “ప్రతి శాస్త్రవేత్త దానిని ఉపయోగించగలిగేలా మా టెక్నిక్ విస్తృతంగా వ్యాప్తి చెందాలని మేము నిజంగా కోరుకుంటున్నాము.”
