《自然—方法学》：不到1毫米微芯片为线虫做手术

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北京时间4月15日消息，据英国《每日电讯》报道，美国科学家日前称，他们最近发明了一种极其微小的“手术台”，可以将长度不到1毫米的线虫固定住，然后利用激光纳米技术对它们进行神经手术。

可为线虫做神经手术

在最新一期出版的《自然—方法学》（Nature
Methods）杂起上，美国的科学家们公布了他们的这一最新研究成果。科学家们称，10年前，当科学家们宣称他们已完全解码线虫的整个基因蓝图，线虫就歪歪扭扭地挤进了人类的历史书，这标志着人类首次掌握了一种动物的基因指令，它跟人类一样拥有神经系统，能消化食物并发生性行为。科学家们最新发明了一种特殊的微芯片，可以将长1毫米的透明线虫固定住，以便科学家们对其进行激光纳米手术，切开单个神经并研究其再生，这种技术将造福人类脊椎修复。运用老式方法，来自250个实验室的1500名科学家花了15年时间和3000万英磅，“读懂”了线虫类蠕虫基因密码中的每个字母，结果发现蠕虫的基因指令是由相当于2000个基因的9700万个基因字母拼写而成的。

利用手术台为线虫做手术的想像图
研究小组表示，因其基本神经系统和简单习性，线虫成为科学家们研究蠕虫和人类神经系统细微功能的理想模型。唯一的问题出现在如何让线虫在研究中保持静止。德克萨斯大学的阿德拉-本-雅卡及其同事与密歇根大学的同仁们一起，设计出了一种芯片。这个芯片有2个小隔间，中间被一层膜隔开。当芯片处于液压之下，芯片就可以让线虫在手术和成像时完全保持静止不动，当虫子被压平时，处理起来就简单多了。线虫被松开后会进入一个夹紧隔间，之后可随意抓住，这个隔间适用于任意尺寸的虫子。这样一来，研究人员就可以成功地切取单个神经，并对其再生过程进行成像。这项成果令英国的约翰-萨尔斯顿爵士因其熟知线虫而获得了诺贝尔奖，它被称为是“内部机制领域的人类微观世界”。

线虫基因接近人类

线虫成虫长约1毫米，身体为半透明，以大肠杆菌为食，易在实验室培养。从一个受精卵发育成可以产卵的成虫，它只需要3天时间。线虫结构简单，雌雄同体的线虫有959个体细胞，2000个生殖细胞，而雄性线虫有1031个体细胞，1000个生殖细胞。同时，线虫又是具有神经细胞的多细胞生物，具备人类和其他动物的大部分基因，因此很早就被用于实验室进行基因研究。大约只有0.05%线虫是单一雄性，它们只能找到其他雌雄同体的线虫进行交配。超过99.9%的线虫是雌雄同体的，既可以产生精子也可以产生卵子，在没有雄性线虫的情况下，雌雄同体线虫可以自体受精，然后排出受精卵。不过雌雄同体的线虫更倾向于和雄性线虫交配。由于线虫没有眼睛，它们通过气味识别对方的性别。

研究人员们表示，线虫只有不到1000个细胞，这看上去与人类大相径庭，然而其基因构建遵循的法则却与我们惊人的相似，如细胞分裂、分化和死亡。与人类一样，线虫由胚胎发育成为成虫，有内脏、神经、肌肉和皮肤，并且40%的基因都非常接近人类基因。线虫生活在土壤间水层，成虫主要以细菌为食物，所以在实验室中极易培养。又因为全身透明，研究时不需染色，即可在显微镜下看到线虫体内的器官如肠道、生殖腺等。如果使用高倍相位差显微镜，还可达到单一细胞的分辨率。

线虫研究项目始于1963年，当时勃伦纳博士在英国医学研究理事会的分子生物学实验室，首次着手解开线虫的整个基因图。80年代初，约翰爵士加入了这个研究项目。多细胞线虫的整个细胞发展之谜最终被约翰爵士及其同事揭开了，在细胞发展过程中，新的细胞生出，其它细胞则通过程序胞区死亡被剔除。他们跟踪了单个细胞反复分裂形成一个典型的雌雄同体成虫的方法，从而揭示了959个细胞中每个细胞的谱系。他们还发现，131个细胞在发育过程中死亡，以及基因是如何控制这个死亡过程。（来源：新浪科技
刘妍）

（《自然—方法学》（Nature Methods），doi:10.1038/nmeth.1203，Samuel X Guo, Adela Ben-Yakar）