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科學文獻中有大量的關于細胞群體研究的實驗結果，這些為早期生化研究，細胞生物學研究提供了寶貴的資料。但是隨著研究的深入，科學家們越來越認識到所謂“平均”狀態(tài)下的細胞生物學并不能滿足機制研究的需要，針對單個細胞的研究迫在眉睫。 
單細胞研究能幫助科學家們分析之前無法預料，或者曖昧不清的細胞應答作用，細胞對不同信號的反應。在一期（12月5日）的Science雜志上，就專門以“Single-Cell Biology”為題，介紹了單細胞研究的進展。
專題共包括一篇概述和三篇綜述，分別介紹了單細胞酶活性，轉錄應答，以及單細胞代謝狀態(tài)的內容。  
微生物單細胞基因組研究
美國能源部下屬聯(lián)合基因組研究所的研究人員選擇了201種微生物和古生細菌的細胞，進行單細胞測序，解析了其部分基因組（從10%到90%不等，取決于不同細胞）。這些微生物來源于9種不同的生存環(huán)境，包括海底熱水流火山口以及地下金礦等，沒有一種曾被測序或在實驗室內培養(yǎng)過。 
研究表明，不同生命之間的很多邊界并不像以前所認為的那樣固若金湯。例如，一種微生物使用以前被認為僅僅在古生細菌中存在的酶合成出了DNA和RNA的基礎組成部分——嘌呤堿基。研究還顯示，有3個古生細菌細胞內存在主要作用是啟動RNA轉錄（是蛋白質生物合成的*步）的西格瑪因子，而以前，科學家們認為這些西格瑪因子僅出現(xiàn)在細菌體內。
研究人員也發(fā)現(xiàn)，有一種細菌“記錄”了終止密碼子UGA的三字母系列。在幾乎所有其他微生物體內，這一核苷酸系列會朝細胞發(fā)送信號，讓其停止將RNA翻譯成蛋白質；但在這一微生物體內，它則告訴細胞制造氨基甘胺酸。科學家們也在另一種細菌內發(fā)現(xiàn)了同樣的“記錄”活動。這表明，生命的密碼可能比科學家們認為的要更加靈活多樣。 
微芯片揭示癌癥單細胞研究新機制
科學家研發(fā)的一種新的微芯片裝置可通過將細胞擠入充滿液體的微通道并追蹤它們將如何改變形狀來發(fā)現(xiàn)惡性細胞。細胞的變形能力長期以來就一直與疾病掛鉤，但科學家們常常一次只能研究一個細胞——這是一個費時費力的過程。 
這種新的裝置使用一種叫做“慣性聚焦”的技術來將細胞按特定路線前往準確的位置，這樣它們便能在與流體壁相撞時被均勻地拉伸。當一個細胞變形時，它所經(jīng)受的壓縮量可揭示其組成或結構，如它的膜的彈性如何或細胞內的DNA及蛋白的粘性性質等。例如，癌性的細胞往往會有更多的變形或與正常細胞相比顯得較大。這一壓縮過程發(fā)生在一個有著微小、透明通道（大約為人毛發(fā)直徑的一半）的芯片上，這些通道能被一個高速攝像機在每秒鐘對數(shù)千個改變形狀的細胞進行攝像。用這種技術所產(chǎn)生的大量的攝像數(shù)據(jù)能讓研究人員對細胞變形創(chuàng)建特征性檔案。他們用該檔案來確定病人是否有惡性腫瘤或只是良性的情況。
這些結果表明，細胞的變形能力能被用來作為一種診斷癌癥的新型物理性生物標記，而體液中有癌細胞的一小組病人可在早期獲得診斷。 
單細胞測序技術進展
來自美國德州大學MD安德森癌癥中心的分子遺傳學家Nicholas Navin與其合作者開發(fā)了一種單核測序（single-nucleus sequencing）技術，能用于繪制腫瘤圖譜。研究人員利用這一技術追查了癌癥的進化，追蹤了癌癥隨時間和擴散越來越普遍時不同的細胞亞群。 
Navin表示，“當前的方法是整體分析腫瘤，由此報告來自細胞群的平均信號。其缺點在于它可能掩蓋了zui豐富的、也是zui惡性的腫瘤細胞亞群。”
而他們開發(fā)的方法能隨機抽取單個細胞遺傳信息，“我們想在人類腫瘤中描繪出克隆的多樣性，了解這一參數(shù)在評估侵襲、轉移、存活和對*的反應中是否具有預測價值。利用單細胞測序我們能夠在腫瘤中重建這些細胞系，并了解突變的年表。” 
為了完成這種單細胞分析，Navin實驗室利用了一套系統(tǒng)，包括流式細胞分選單細胞或細胞核、激光捕獲顯微切割、全基因組擴增和新一代測序。其中用于分離單腫瘤細胞的是一種稱為DEPArray的儀器，由意大利Silicon Biosystems公司開發(fā)。這種儀器可以從十萬個細胞的化合物中分離，移動和成像一個癌細胞。
DEPArray的另外一個特點就是能保持細胞活性的情況下分離細胞，這樣獲得的細胞可以繼續(xù)培養(yǎng)或者應用表達譜、測序、拷貝數(shù)變異等分析。DEPArray中的顯微攝像系統(tǒng)可以檢測多重熒光標記，并結合形態(tài)學分類，根據(jù)需要收集細胞，采用的是無物理接觸、無形的電阱將細胞籠罩并沿特定軌跡移動至收集池。