Een beeldvormingstechniek die is ontwikkeld aan de Duke University zou het mogelijk kunnen maken om in cellen te kijken en tientallen verschillende moleculen tegelijk in actie te zien - door ze te labelen met korte strengen oplichtend DNA die aan en uit knipperen met hun eigen unieke ritme.

"Het idee is dat alles zijn eigen hartslag heeft, " zei eerste auteur Shalin Shah, een doctoraat student in elektrotechniek en computertechniek en informatica aan Duke. "We noemen deze tijdsignalen 'tijdelijke streepjescodes'."

Wanneer gehecht aan cellen of andere objecten en lang genoeg geobserveerd, deze streepjescodes kunnen worden gebruikt om allerlei dingen op moleculaire schaal te detecteren en van elkaar te onderscheiden, inclusief bepaalde eiwitten die verborgen zijn tussen de tienduizenden die het menselijk lichaam nodig heeft om te functioneren en te groeien.

De techniek werkt door gebruik te maken van de vluchtige interacties tussen twee complementaire DNA-strengen terwijl ze in oplossing botsen. Eén streng is bevestigd aan een molecuul dat onderzoekers willen bestuderen. De andere is vrij zwevend en draagt ​​een fluorescerende kleurstof die oplicht wanneer de twee strengen paren en dan donker wordt zodra ze uit elkaar vallen. Wanneer bekeken onder een microscoop in de tijd, het binden en losmaken creëert een duidelijk knipperend patroon dat, gedecodeerd, werkt als een vingerafdruk.

Traditionele technieken onderscheiden moleculen met behulp van verschillende kleurstoffen, of het gebruik van één kleur maar verschillende DNA-sequenties en beeldvorming in stappen, ze van het ene doelwit afwassen voordat je doorgaat naar het volgende.

Shah en zijn collega's zeggen dat ze het beter kunnen doen.

In samenwerking met Duke professor computerwetenschappen John Reif en postdoctoraal onderzoeker Abhishek Dubey van Oak Ridge National Laboratory, de aanpak van het team vergroot het aantal verschillende signalen dat je kunt onderscheiden met een enkele kleurstof. Maar in plaats van te vertrouwen op meerdere DNA-sequenties zoals eerdere methoden met één kleur, ze houden de volgorde van de vrij zwevende streng hetzelfde en passen in plaats daarvan dingen aan zoals de lengte of het aantal herhalende sequenties op de streng die aan het betreffende molecuul is bevestigd. Hierdoor kunnen ze flitsen met verschillende frequenties produceren, duur en helderheid.

In een paper dat op 5 april online is gepubliceerd in het tijdschrift ACS synthetische biologie , computersimulaties suggereren dat het theoretisch mogelijk is om maar liefst 56 verschillende moleculen tegelijkertijd te onderscheiden, elk knipperend aan en uit in dezelfde kleur. En als er meerdere kleurstoffen worden gebruikt, zijn dat aantal ballonnen tot duizenden. De onderzoekers zeggen dat hun techniek dit ook kan doen tegen een fractie van de kosten van andere methoden, en zonder na verloop van tijd onder de schittering van de microscoop te vervagen.

In een begeleidend artikel gepubliceerd op 21 maart in het tijdschrift Nano-letters , het team testte hun aanpak ook in het laboratorium. Shah en Reif ontwierpen zeven verschillende DNA-apparaten, bevestig ze aan een glazen oppervlak, en ze afgebeeld met behulp van fluorescentiemicroscopie. Met minder dan een uur aan gegevens konden ze het onderscheidende knippergedrag van elk apparaat gebruiken om ze te onderscheiden.

"Ons doel is om een ​​economisch en eenvoudig, maar krachtige methode, " zei Shah. "De uitgezonden tijdelijke intensiteitssignalen zijn verschillend en kunnen als een vingerafdruk werken."