用激光精确定位DNA分子

亚历克斯:我们正在使用激光来观察单个分子，例如DNA或蛋白质，当你把它们作为单个分子的集合来观察时，你可以得到更多关于分子的信息。你可以得到更多关于分子之间的区别以及它们的行为的信息。

所以我们需要看到单个分子，我们需要非常明亮的光源，激光非常好，因为它们明亮，稳定，而且是单一的颜色。所以这是一种非常纯粹的光，很容易处理，因为它们是平行的，它们形成非常好的平行直光束，它们很容易操作，并准确地将它们聚焦在你想要的地方。因此，我们利用分子的一种叫做荧光的特性，我们把特殊的化学基团——一个标签——放在我们想要探测的分子的部分上，让分子发光，然后用一种颜色的激光照射它们，它们就会发出另一种颜色的光。这是一种非常灵敏的检测分子的方法，它被用于生物学的各种应用。

所以，通过在分子上安装这些标签，你可以这样做:你可以计算有多少分子，或者如果你使用一种特殊类型的标签，你可以用它们来跟踪分子的活动。

你所看到的分子只是一个光点，就像你仰望夜空，仰望星空一样，这些分子也是如此。你只看到这个光点。但即使这样也足以告诉你很多。所以根据你想做什么样的实验以及你在分子上放了什么样的标签，你可以通过观察这些光点来了解很多。

Meera -那么有哪些潜在的应用或者技术从激光的使用中获益呢?

亚历克斯:嗯，一个例子是更快的基因组测序。所以我们讨论的是检测单个分子，但当然好的是，你可以同时观察许多分子。你用我说过的这些标签在DNA序列中的四个字母上分别放上不同的标签，a, T, C, g，所以，通过使用不同的激光，你会看到不同的字母，所以，你可以用这种方式读出序列。

米拉:你可以扫描所有的a，然后发射一种特定颜色的t，然后发射一种特定颜色的t，然后把它们组合在一起，就得到了序列。

亚历克斯:没错。通过同时对数以百万计的分子这样做，你可以收集到大量的信息。

米拉:你在屏幕上看到的东西确实像夜空一样，偶尔会在这里和那里闪烁，这向我们展示了你正在研究的一个新领域，即纳米开关领域。这些是什么?

亚历克斯:我们正在研究的一种分子实际上是一种人造分子，它是由DNA制成的开关，这是我们与爱丁堡大学的一些人合作的成果，这些DNA纳米开关对于检测特定的DNA序列非常有用。当它们与这个序列结合时，它们会切换，你可以看到这是一个荧光信号，我们可以用显微镜观察。

它们有趣的原因是，你可以用它们进行基因测试，如果你在寻找一个特定的DNA序列，比如在一个病人身上，这些分子只有在找到正确的DNA序列时才会转换。当你观察单个分子时，你可以看到这种转换发生了。所以，当你看屏幕的时候，你可以看到这些光点，你会看到它们忽明忽暗，这就是实际的转换过程。

Meera:开发了这些开关后，你就可以通过这些开关打开的事实来确定是否存在特定的序列，比如某种特定疾病的序列。

亚历克斯:没错。

Meera -但是这个原理，使用荧光标记或探针连接到特定的DNA序列之前已经使用过，那么是什么使这些开关更好呢?它们更准确吗?

亚历克斯-这就是它的本质。他们的想法是，它们更准确，因为它们只有在与正确的DNA序列结合时才会切换，因为人们需要检测的许多基因变化只是基因序列中一个字母的变化。很多方法都不够具体，无法准确地检测到一个单一的变化，这个想法是，如果这个基因序列中有一个字母的变化，它们就不会改变。

Meera -所以，其他方法，比如荧光探针，即使一个碱基不同，也会附着在一个序列上，因为它的大部分是相同的，所以它仍然会附着。然而，这些开关不会发出荧光，除非序列完全匹配。

亚历克斯-它可能会附着，但除非顺序正确，否则它不会切换。

米拉:这个开关是怎么做的，才会发出荧光，导致我们在这里看到的闪烁?

亚历克斯:为了测量转换，我们实际上使用了两个标签，根据分子中这些标签是靠得近还是离得远，我们会得到不同的信号。

米拉-所以，连接到一个期望的序列上，导致开关本质上聚集在一起，然后发出光。

亚历克斯:没错。

Meera:那么这有什么潜在的应用呢?

亚历克斯-它带来了一个时代，你可以想象每个人都有DNA测序的想法。很多人认为，医学的未来是所谓的个性化医疗，也就是说，在你接受药物治疗之前，你会进行基因测试，看看什么是适合你的药物，以及药物的合适剂量。我们的想法是，你不会浪费时间和金钱给人们一种对他们不起作用的药物，当然，你也不会给人们一种会让他们生病的药，那种会有很多副作用的药。所以我们的想法是，在未来，你会有这种基因测试，然后医生就会知道给你最好的药物是什么。