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哈佛双料教授庄小威:像看“高清”电影般看细胞(图)
http://www.workercn.cn2017-07-11来源: 中国妇女报
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  STORM:“风暴”技术突破光学极限

  “大家知道人体,还有其他的生物体是由分子所组成的,分子又由原子组成。”讲座上,庄小威从生物研究的四个层面:人体、细胞、分子以及原子结构着手,开始分享自己在分子和细胞层面,对STORM 技术的研究见解,大量的比喻让报告非常容易理解。

  庄小威说,我们经常说在细胞里观察分子的相互作用,但看清这些“混乱”的分子们是一个非常困难的工作,这主要是因为光学分辨率尺度的问题。

  早在19世纪末,德国物理学家恩斯特·阿贝就指出光学显微镜存在一个极限,分辨率最高只能达到200纳米左右。这个精度虽然能观察细胞,但细胞中的分子大小只有几个纳米,尺度差了两个数量级。

  在这一限制下,那些挤在一起的分子看上去就是模模糊糊的一团,谁也分不清谁。那么,该如何突破这个限制,看清单个分子,观察它们是如何互动的呢?

  纷繁的障碍难不倒我们的双料教授。庄小威创造性地用在时间上错开的方法,巧妙地解决了这个问题。庄小威给这个方法起了一个有力的名字:STORM。“在英文中的意思是风暴,很响亮。”

  基于观察水平运动,STORM实现了二维上的超高分辨率,庄小威并不满足,三维上该如何实现呢?

  借助柱面透镜,庄小威发现分子在显微镜下投射出一个椭圆形状而非圆形。这样椭圆形状就和分子在z轴上的位置相关。目前,庄小威的方法实现了x轴和y轴上20纳米的分辨率,z轴上的分辨率为50纳米。

  而在时间分辨率上,庄小威的方法能达到1秒的尺度。庄小威两次播放了一段细胞中分子活动的动画:整齐、精美、清晰。

  她说:“希望有一天技术能够让人们像看电影一样真实地观看细胞里到底发生了什么,观看那些分子是如何活动,分子之间又是如何合作,构成生命的。”

  雄心勃勃的全球计划

  报告的另一个亮点,在于庄小威描述她正参与的一个全球性计划——“绘制人体细胞图”。

  因为基因和人的行为之间密切的相关性,庄小威和她的团队开始关注基因。她说,比如说我们可以做RNA的测序,单一细胞RNA的测序,这样的实验可以让我们掌握人身体当中DNA的详细信息和资料。

  目前STORM成像技术可以支持大概1000个RNA物种单核细胞的高效研究。所以,这样的成像技术,非常有希望能让我们学到更多的东西,掌握更多的信息。比如说,在我们的身体当中,究竟有多少种类型的细胞;这些细胞在人体内,在空间上是如何组成的;它们之间是如何沟通的。

  上述问题一旦有了答案,可以帮助我们去探究另一些问题:哪些细胞可能是癌细胞,哪些细胞有可能会造成扩散,哪些细胞可能会造成运移,哪些细胞可能会产生耐药性等等。

  而面对人体30万亿之巨的细胞,这样超大型的项目,不可能由一个单一的实验室来完成,因此有一个被称之为“绘制人体细胞图”计划的全球性倡议,这个项目正在开展。

  在跟基因的多番交道之后,庄小威坦言,她和她的团队还有很长一段路要走。

  “所有事物,不论有机还是无机……都遵循一个普适的法则:生命有其表现,形式源于功能。”美国著名建筑师路易斯·沙利文的名言,专注于细胞分子结构的庄小威深以为然。

  同时,庄小威表示,虽身居他乡,然饮水思源,特别是当选中科院外籍院士后,更加关心支持中国科技的进步。她希望能够对中国科技进步做更多贡献,与国内的科研机构有更多的交流合作。

  中国妇女报·中国女网记者 袁梦佳

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