哈佛大学庄小威研究团队研发了一项新的单分子成像技术，通过DNA折纸转子对基因组加工酶的旋转行为进行追踪。这一研究成果发表在2019年8月1日出版的国际学术期刊《自然》上。

研究人员开发了一种基于折纸转子的成像和追踪技术(ORBIT)，其采用荧光标记的DNA折纸转子在单分子水平以毫秒的时间分辨率记录DNA旋转。研究人员使用ORBIT技术追踪了由RecBCD复合物（一种参与DNA修复的解旋酶）解旋时以及RNA聚合酶介导的转录过程中产生的DNA旋转。研究人员描绘了在RecBCD引起DNA解旋过程中发生的一系列事件，包括起始、加工易位、停顿和返回。此外，也揭示了该过程的起始机制，这包括了可逆的不依赖ATP消耗的DNA展开以及RecB马达的参与。在RNA聚合酶进行转录时，研究人员直接观察到了相应单碱基对解开时的旋转步骤。研究人员认为ORIBIT技术可应用于蛋白质与DNA之间广泛相互作用的研究。

研讨布景

许多基因组处理反响，包含转录，仿制和修正，都会发作DNA旋转。直接丈量DNA旋转的办法，如转子珠盯梢，视点光学捕获和磁性镊子，有助于提醒一系列基因组加工酶的效果机制，包含RNA聚合酶（RNAP），gyrase，病毒DNA包装机器和DNA重组酶。虽然旋转丈量有或许改动咱们对基因组处理反响的了解，但丈量DNA旋转仍然是一项艰巨的使命。现有办法的时间分辨率不足以盯梢在生理条件下由许多酶诱导的旋转，而且丈量通量一般较低。

2018年11月1号，哈佛大学庄小威等人在Science 上在线宣布了题为"Molecular, spatial and functional single-cell profiling of the hypothalamic preoptic region"的研讨论文，该研讨界说了在雄性和雌性小鼠的社会行为期间激活的特定神经元集体，为行为回路的研讨供给了高分辨率结构。

运用ORBIT进行单分子DNA旋转丈量

2018年10月26号，哈佛大学庄小威等人在Science 上在线宣布了题为"Super-resolution chromatin tracing reveals domains and cooperative interactions in single cells"的研讨论文，该研讨报告了一种超分辨率染色质追寻办法，对了解基因组结构在从增强子-发动子到基因组划分等多种生物学过程中的效果具有重要意义，有望提醒染色体安排结构的潜在机制和功用意义。

经过RNAP转录期间单个碱基对的DNA旋转和旋转过程，由ORBIT检测

2019年7月17日，哈佛大学庄小威团队在Nature在线发表题为“Rotation tracking of genome-processing enzymes using DNA origami rotors”的研究论文,该研究通过应用ORBIT跟踪RecBCD介导的DNA解旋，揭示了RecBCD启动的机制；当应用于RNAP的研究时，ORBIT允许研究人员在转录过程中观察单碱基对的旋转步骤。研究证明了DNA纳米技术在机械研究中扩增生物分子运动的能力。考虑到该方法的旋转跟踪功能仅需要标准荧光显微镜，并且折纸转子的结构特性可以轻松定制，ORBIT将在旋转测量和酶机制研究中有广泛的应用。结合使用外部电场操纵DNA折纸的能力，该方法可以进一步实现单分子力和扭矩光谱的高通量平台。

该研究描述了在RecBCD诱导的DNA解旋期间发生的一系列事件-包括起始，进行性易位，暂停和回溯-并且揭示了涉及可逆的ATP非依赖性DNA展开和RecB运动的参与的起始机制。在通过RNAP转录期间，研究人员直接观察到对应于单碱基对的解旋的旋转步骤。ORBIT将能够研究蛋白质和DNA之间的广泛相互作用。

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庄小威，1991年获得中国科学技术大学物理学学士学位，1996获得加州大学伯克利分校物理学博士学位。现任美国科学院院士、霍华德休斯医学研究院研究员、哈佛大学物理系、化学与化学生物系终身教授。庄小威曾解释，细胞内的各个分子的间隔因为过小而显得“拥挤”，这些过于“拥挤”的分子在显微成像过程中的成像光斑相互交叠，从而不能被清晰地分辨彼此的现象，即阿贝光学衍射极限。她采用分时、逐点地对细胞内“拥挤”的各个分子进行成像，并加以定位分析，最后把各个分子的定位点重构在同一张图像上，进而得到超分辨率的生物图像，即随机光学重建显微技术。近年来，庄小威发明的超微成像光学—STORM技术使得荧光显微技术的分辨能力达到了纳米尺度，促进了生物影像学、细胞生物学、神经生物学和单细胞定量转录组学等的研究和发展。（据中国科大网站）

关键词:成像 显微镜 测量 纳米

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来 源：综合科技部网站及其他网络报道

编辑：伊敏

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