通過DNA測序了解大腦線路圖生物醫(yī)藥 蘇珊?楊（Susan Young ） 2012-11-05 16:16:02一種快速而便宜的方法可以識別神經(jīng)元和神經(jīng)元之間的連接，將有助解決包括自閉癥和精神分裂癥在內(nèi)的疾病。神經(jīng)科學(xué)家計劃使用一種病毒在神經(jīng)元之間傳遞DNA。結(jié)合了DNA測序技術(shù)后，就能理解小鼠的腦部的細胞和細胞是如何連接的。
這一項目是由安東尼·扎多爾（Anthony
Zador）和其他紐約州冷泉港實驗室的科學(xué)家一起提出的。項目可以提供更便宜、更快捷的方法構(gòu)建腦中神經(jīng)元-神經(jīng)元交流的圖譜，并能幫助闡明很多疾病（包括自閉癥和精神分裂癥）的機理。
西雅圖阿倫腦科學(xué)研究所（Allen Institute for Brain
Science）主任埃米·伯納德（Amy
Bernard）表示，該項研究可以在發(fā)展迅速的領(lǐng)域“連接組學(xué)（connectome）”中添加令人興奮的新知識。連接組學(xué)研究的是如何在腦中找到神經(jīng)連接?！皩斫馊魏渭膊『凸δ艿幕A(chǔ)來說，根本問題是理解你的零件目錄表：所有的細胞是什么樣的，它們是如何組合到一起的，”伯納德說。
很多腦部疾病的癥狀（尤其是那些我們知之甚少的疾病，例如自閉癥和精神分裂癥）可能是由腦部的異常連接引起的?！昂芏嗳苏J為，這些疾病也許會影響腦部的接線圖。如果理解了正常版本，將會幫助我們理解什么時候，以及什么樣的連接是錯誤的，”伯納德說。
大部分連接組學(xué)的項目都在神經(jīng)元跟蹤染料和顯微鏡的幫助下依賴視覺觀察了解腦部的結(jié)構(gòu)。這些方法可以讓科學(xué)家們看見主要的神經(jīng)通路如何從腦部的一個區(qū)域連接到另一個區(qū)域，但卻不能讓他們細致地觀察突觸（突觸是兩個神經(jīng)元交叉的地方，這里信息會發(fā)生交換）。更精細的顯微鏡確實能為突觸提供高準確度的圖像，不過整個過程既費時又昂貴。鑒于小鼠的腦子里估計有數(shù)十億個突觸，更快速、高通量的方法可以加快我們對哺乳動物腦部神經(jīng)元之間對話方式的理解。
10月底，扎多爾的研究團隊在《公共圖書館·生物學(xué)》（PLOS
Biology）上描述了一種方法：小片DNA作為病毒的一部分，從一個神經(jīng)元被傳遞到下一個神經(jīng)元。每個神經(jīng)元都被一個獨特的DNA條碼標記。DNA條碼是指一小段擁有特異序列的DNA字母或堿基，在每個神經(jīng)元中都是獨特的。研究團隊僅僅使用了20個字母，就給一萬億個神經(jīng)元標上了特異的標簽，這一數(shù)字遠大于小鼠腦中的神經(jīng)元數(shù)量。
“我們改造了病毒，使之讓條碼通過突觸移動。這樣，每個神經(jīng)元就成了帶有很多條碼的袋子，即帶有自己條碼的拷貝，也帶有其他可以與之連接神經(jīng)元的條碼拷貝，”扎多爾說。
當病毒已經(jīng)把條碼從一個神經(jīng)元帶入另一個以后，另一種現(xiàn)代生物學(xué)的把戲也會用來繪制連接圖譜。研究團隊會收割腦中的DNA，并為混合在一起的條碼測序。計算機隨后會整理出哪個神經(jīng)元和其他神經(jīng)元交換了條碼。
“這個策略的確很好，尤其是現(xiàn)在測序價格在下降，”伯納德說，“雖說不能給你其他一些連接組項目關(guān)注的完整的腦部信息，完整的結(jié)構(gòu)信息，”但它仍能提供腦部連接的近距離觀察。
扎多爾希望他的研究團隊從連接組中獲得的數(shù)據(jù)可以為科學(xué)家提供腦部連接的數(shù)據(jù)，以此幫助他們調(diào)整關(guān)于腦部如何工作的假說。
“現(xiàn)在，我們對腦部環(huán)路的只是仍然極其初步，所以[這些假說]很大程度上不受限制，”扎多爾說。當研究人員開始了解腦部如何工作的時候，他們沒有辦法簡便地驗證腦部的連接是否和他們的假說相符?！拔业闹饕Ｍ皇?，我們可以[改進]我們對于腦部環(huán)路的理解，這我們就能在理解腦部計算方式的領(lǐng)域獲得更快的進步?！?/span>
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