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高通量DNA测序法可绘制全脑神经连线图  

2012-10-28 08:33:49|  分类: 圈子科技经典 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本报讯 美国神经科学家团队提出了一种全新的革命性方法,以获得小鼠的全脑神经元连接图。相关研究成果刊载于10月23日《公共科学图书馆·生物学》杂志上。

  该研究小组由冷泉港实验室安东尼·扎多教授领导,旨在提供一个完整的神经元连接图。目前获取此种高精度信息的唯一方法,是利用电子显微镜检查单个细胞间的突触。但这是一种速度慢、价格贵和劳动密集型的方法。扎多提出的方法是,利用高通DNA(脱氧核糖核酸)测序,以单个神经元的解析度来探求神经回路的连接。

  之前,美国科研团队在哺乳动物的大脑映射连接上已取得一些进展。他们利用注射示踪染料或病毒的方法,以“中等”分辨率追踪脑区的神经纤维来描绘神经元连接图。其他研究小组则是基于用电子显微镜按比例放大的方法。

  扎多表示,他们将以目前现有的高通量基因组测序仪可读的数据格式,来呈现神经元的连接。为此,他们开发了一种被称为“单个神经元连接条形码”(BOINC)的新工艺。

  扎多团队旨在以超越“中等”的精度,即以一对独立神经元间的突触级别来追踪大脑中的神经连接。扎多表示,正在接受概念论证测试的BOINC条形码技术,可直接观察到神经回路进行的计算。实际上,目前大多数神经计算还无法在这样的精度上被理解,主要是因为无法在哺乳动物身上获得详尽的回路信息。

  BOINC方法由三个步骤组成。首先,每个神经元都用特定的DNA条形码标定。仅包含20余个随机DNA“字母”的一个条形码,就可标定一万亿个神经元,这个数字已超过了小鼠大脑中存在的神经元数量。第二步着眼于由突触连接的神经元,并将其条形码与另一个联系起来。做到这一点的方法之一是利用一种病毒,如伪狂犬病病毒,它能跨越突触移动遗传物质。为了共享跨突触的条形码,病毒必须被设计成在其基因序列中携带这个条形码。病毒跨突触扩散后,每个神经元以条形码包的形式有效终结,这个条形码包中包含有自身以及来自突触耦合伙伴的代码。第三步则是将突触连接神经元的条形码连起来,形成一个单独的DNA片段,然后用现有的高通量DNA测序方法读取。这些双条形码序列经计算分析,就可显示出大脑突触接线图。

  扎多表示,如果BOINC目前正在进行的概念论证测试能获得成功,其将提供一个显著廉价和快速的方法来组装神经元连接体,甚至是哺乳动物复杂的大脑。(冯卫东)

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