实时间谍在驱动生物学的蜂窝信号的交响曲中

为了可视化神经元内的细胞信号，研究人员将记者分散在细胞上的簇（绿色）。然后，它们识别每个群集表示的信号（多种颜色）。

一个新的成像技术让科学家们在手机上逐渐间谍。.。可能是一切。

到目前为止，大多数科学家都可以一次只能想象一下这些细胞内信号中的一个或两个，说是Massachusetts技术研究所的Boyden of Massachusetts技术研究所。他的团队的新方法可以让您可以看到尽可能多的信号 - 实时地，曾经是Boyden说 - 研究人员比以往任何时候都更详细地了解细胞内部讨论。

在与神经元的测试中，研究人员在今天（11月23日，2020年）在期刊Cell中审查了五个过程中涉及的过程中涉及的过程，如学习和记忆，博伊登及其同事报告。“你可以将这项技术应用于各种各样的生物谜团，”他说。“每个细胞都是由于它内部的所有信号而成。”因为信号传导有助于所有生物过程，更好的学习方法可以从阿尔茨海默氏症到糖尿病和癌症中照亮一系列疾病。

该团队的新方法是突破，哈佛医学院神经医学家克利福德伍尔夫说，哈佛医学院没有参与工作。他计划用它来检查疼痛感测神经元在伤害或疾病方面变得更敏感。随着新的成像技术，他说：“我们可以以前所未有的方式分开在细胞中发生的事情。”

给电脑或人的大脑信息，它将与其准备反应时的电气冲动。在细胞内，这些脉冲导致多个分子信号的喷射。Boyden将此过程描述为群体对话。“细胞内的信号就像一群人试图决定晚上做什么：他们考虑到许多可能性，然后决定集体做什么，”他说。

这些细胞讨论是什么提示，例如，编码记忆或细胞以转动癌症的神经元。尽管重要的是，科学家们仍然没有强烈把握这些信号如何共同努力引导细胞的行为。

为了看到手术中的小区信令，科学家们通常引入编码连接到荧光蛋白的传感器的基因。这些分子记者感测信号，然后在显微镜下发出特定颜色。研究人员可以为每个信号使用不同的颜色报告器来分开信号。但是，以显微镜可以区分的颜色寻找记者的成绩是具有挑战性的。典型的蜂窝谈话可以涉及数十种信号 - 或更多。

Boyden的Lab的Changyang Linghu和Shannon Johnson在Boyden的实验室中，通过将记者贴在乐高砖上的小型，自组装蛋白质来解决这个限制。这些小蛋白质“单击一起”，形成在小岛上随机散射的簇。每个簇出现在显微镜下作为发光点，只报告一种类型的蜂窝信号。“这就像有一些带有温度计的岛屿报告温度和其他岛屿的气压仪测量压力，”约翰逊说。

在用神经元进行实验中，团队创造了群集，其每种簇在检测到五种不同信号中的一种，包括钙离子和其他重要的信号分子。在成像活细胞后，研究人员将分子标签连接到发光点，以识别位于那里的记者。使用计算机分析，该团队根据是否所代表的钙或另一个信号转动圆角洋红色和其他颜色。这让它们看到哪些信号在单元格的内部打开和关闭。

通过立即监控这么多的信号，团队能够将每个信号彼此相关的信号。“戏弄此类关系可以帮助科学家了解复杂的进程 - 就像学习一样，”凌湖说。

他将一个乐团和信号上的一个细胞比较交响乐。“很难通过听一个乐器来充分欣赏一个交响乐，”他说。因为新技术让科学家同时观察多个信号，“我们可以了解蜂窝活动的交响乐。”

Boyden的团队估计可以检测多达16个信号与其技术，但基因工程技术的改进可能会显着提高该数字。“可能，你可以看几十个，数百甚至更多的信号，”他说。“下一个挑战，”Boyden说，“是让所有这些信号的传感器变成一个细胞。”

参考：Changyang Linghu，Shannon L. Johnson，Pablo A. Valdes，Or. Shemesh，Minian Park，Demian Park，Kiryl D.Piatkevich，Asmamaw T. Wassie，Asmamaw T. Wassie，Yixi Liu，Yixi Piatie，Yixi Piatie，Yixi Piatkevich，Asmamaw T. Wassie，艾西普·罗克·瓦斯·瓦尔斯，刘sh ，Bobae An，Stephanie A. Barnes，Orhan T.Celiker，Chun-Chen Yao，Chih-Chieh（Jay）Yu，Ru Wang，Katarzyna P.Adamala，Mark F. Bear，Amy E. Keating和Edward S. Boyden， 11月23日2020年，Cell.doi
:: 10.1016 / J.Cell.2020.10.035