Ultrasuono di uso degli scienziati per individuare i geni attivi in celle in tensione

Un nuovo studio sensazionale pubblicato nella scienza del giornale indica che l'ultrasuono può aiutare gli scienziati a capire se i geni specifici siano nello stato attivo o inattivo in celle in tensione. Le promesse incredibili di questa abilità trasformare gli scienziati di modo esaminano una miriade di attività delle cellule viventi, variante dalla crescita dei tumori alla funzione del neurone.

La rappresentazione del cromosoma zumma lBiomedico | Shutterstock

Le scansioni di ultrasuono hanno stato bene egualmente ad una maggior parte dell'esperienza di sanità per i medici ed ai pazienti. Tuttavia, sono egualmente importanti nella ricerca sulle celle viventi poichè non causano il danno principale. Accurato, economico e semplice imparare, l'ultrasuono che scandisce ancora ha alcune sorprese in memoria.

Le celle tengono i geni di giro fuori e sopra regolamentare l'espressione genica. Tradizionalmente, la rilevazione dei geni attivati comprende l'uso degli indicatori fluorescenti come proteina fluorescente verde (GFP) che emettono luce quando il gene è attivo. Ciò è conosciuta per lavorare bene per le celle coltivate che possono essere esaminate nelle loro capsule di Petri, Ma dentro l'organismo di un organismo, come è tale fluorescenza da vedere?

Bolle: rendendo le celle dentro l'organismo visibili all'ultrasuono

I ricercatori sono giunto ad una conclusione: usi l'ultrasuono, una tecnica non invadente ed inoffensiva, per esaminare gli organismi viventi e per prendere queste celle. Ma si sono imbattuti in un'altra difficoltà: un unicellulare non può realmente essere distinto esclusivamente facendo uso delle lunghezze d'onda comunemente usate di ultrasuono.

Gli scienziati poi hanno trovato alcuni batteri che vivono in acqua ed i prodotti proteina-hanno incapsulato le bolle di aria al disgaggio microscopico per tenersi in mare. Questi rendono le cellule ospiti altamente rilevabili dall'ultrasuono aumentando il numero delle onde riflesse che raggiungono la sonda di ultrasuono.

Il concetto è stato messo l'anno scorso alla prova, quando i ricercatori inseriti sventrano i batteri che erano stati modificati tramite l'iniezione dei geni diformazione, negli intestini dei mouse viventi. Facendo uso dell'ultrasuono, potevano individuare i cluster batterici nell'intestino.

Costruzioni di gene: geni batterici di modificazione per le cellule di mammiferi

Ma i geni batterici non funzionano come i geni mammiferi, in modo da dopo hanno lavorato ad adattare la loro tecnica per permettere che gli stessi geni lavorino dentro le cellule di mammiferi. Per esempio, ogni gene batterico ha bisogno di un promotore che inserisce il trattamento della produzione della proteina codificata dal gene. Il promotore può essere e tipicamente è diviso da molti geni batterici insieme.

Ma i geni mammiferi sono più rigorosi: ciascuno richiede il suo proprio promotore. I ricercatori hanno usato abile una proteina virale per attaccare insieme parecchi geni batterici, di modo che hanno potuto sciocco del `' la cellula di mammiferi nel pensiero loro come gene mammifero singolo e nell'inserirli tutti con un singolo promotore.

In questo modo, sono riuscito a provare che nove hanno inserito i geni batterici sotto forma di tre plasmidi hanno causato la formazione soddisfacente della bolla all'interno delle celle embrionali umane (HEK) del rene in una capsula di Petri. Ciò è la prima volta che più di sei geni sono stati mossi mai da un batterio verso una cellula di mammiferi.

GFPCaleb adottivo | Shutterstock

Aumento del contrasto

Lo scansione di ultrasuono ha preso la presenza di queste celle ma non di celle di controllo che non hanno formato le bolle.

Hanno aumentato la risoluzione usando una tecnica per deflazionare le bolle da pressione aumentata di ultrasuono, che ha permesso una chiara distinzione fra i precedenti e segnali bolla-contenere. Ciò non è sembrato nuocere alle celle e le letture ripetute potrebbero essere catturate.

Questi geni quindi fungono da reporter molecolari, segnalanti la presenza del gene attivo dentro la cella che è individuata dalla scansione di ultrasuono. I ricercatori li hanno chiamati geni acustici mammiferi del reporter (mARGs).

Proof of concept: attivazione del gene nei tumori del mouse

Hanno creato una singola riga di cloni di HEK che hanno prodotto coerente le bolle quando il promotore è stato esposto alla doxiciclina della droga e che potrebbero essere individuati anche ad una concentrazione bassa di 2,5% una volta mescolati con altre celle. Poi hanno messo queste celle nei mouse. Questi tumori prodotti del mouse, che poi sono stati indotti per esprimere i mARGs trattando i mouse con la doxiciclina.

Una volta imaged con GFP, i tumori hanno mostrato le toppe verdi non specifiche, mancanti di tutta la localizzazione precisa dei geni del reporter. Tuttavia, l'ultrasuono ha mostrato le immagini molto più chiare. Soltanto le celle ai confini del tumore hanno mostrato la formazione della bolla, che ha mostrato l'attivazione del mARG.

Poiché il più grande vascularization doveva essere veduto alla periferia del tumore, questa area si è pensata che mostri il più alta risposta a doxiciclina. L'ultrasuono di doppler ha confermato questo reticolo di nuova crescita dell'imbarcazione. Il tessuto più successivamente è stato esaminato microscopicamente, confermante la presenza di geni attivi soltanto alla periferia del tumore.

Conclusione

Così una costruzione geneticamente costruita ha potuto servire a riflettere la presenza e la funzione di geni specifici dentro le cellule di mammiferi. I reporter ottici mostrano la presenza di gene attivato particolare, permettendo che le popolazioni specifiche delle cellule siano individuate in un campione misto, ma solitamente soltanto nella cultura o nei campioni di biopsia del tessuto. Al contrario, la tecnica attuale permette la rilevazione non invadente di espressione genica in vivo.

La tecnologia usata è altamente specializzata e la maggior parte dei ricercatori non potrebbero approfittare di questo approccio, dice Sreekanth Chalasani, un neuroscenziato nella California.  Tuttavia, i ricercatori guardano avanti a raffinare la tecnica, rendendola più conveniente e versatile modificando le costruzioni di gene.

Ciò sarebbe di grande aiuto nelle aree sconosciute realmente di sondaggio della biologia dei mammiferi e della biomedicina.

Source:
Journal reference:

Ultrasound imaging of gene expression in mammalian cells. Arash Farhadi, Gabrielle H. Ho, Daniel P. Sawyer, Raymond W. Bourdeau & Mikhail G. Shapiro. Science 365, 1469–1475 (2019). doi:10.1126/science.aaz6470.

Dr. Liji Thomas

Written by

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

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