哪張照片是假的？DNA現(xiàn)在可以“描繪”我們幾乎無法分辨的逼真圖像

長期以來，用熒光標(biāo)記物“繪畫”一直是檢測DNA中獨(dú)特雙鏈結(jié)構(gòu)的便捷方法。曾經(jīng)僅限于只有256種顏色的調(diào)色板，科學(xué)家們現(xiàn)在可以創(chuàng)造出令人驚嘆的實(shí)驗(yàn)室藝術(shù)作品，擁有令人難以置信的1600萬種色調(diào)和色調(diào)。

新技術(shù)準(zhǔn)確地再現(xiàn)了具有24位色深的數(shù)字圖像，結(jié)果令人嘆為觀止。

這是一張?jiān)紨?shù)字圖像：

還有DNA“繪制”版本：

這不僅僅是一種新的藝術(shù)形式。基于DNA的小型化涂裝方法是用于研究基因表達(dá)的微陣列技術(shù)的放大，并且還有其他潛力。

研究人員經(jīng)常使用藝術(shù)作品來測試或展示技術(shù)，這些技術(shù)以后可能會在實(shí)際應(yīng)用中證明是有用的。

“除了成像之外，DNA顏色代碼還可以在以下方面具有非常有用的應(yīng)用DNA上的數(shù)據(jù)存儲,"說維也納大學(xué)的化學(xué)家Tadija Keki?。

將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為存儲在芯片上的DNA序列類似于將信息存儲在條形碼中。Keki?和另一位維也納大學(xué)化學(xué)家Jory Lietard的這種新方法可以在較小的表面上進(jìn)行更多的存儲。

他們的技術(shù)非常精確，可用于將微米級的特征繪制到生物聚合物上?？赡艿挠猛景?a>生物傳感器和診斷，其中對DNA自組裝的微調(diào)控制至關(guān)重要。

大量的信息可以作為由四個序列組成的代碼存儲在DNA中化學(xué)堿– 腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。每個堿基還對應(yīng)于一個伙伴，以雙鏈的形式形成互補(bǔ)序列。

手頭有一個序列為科學(xué)家提供了一種工具，可以在混亂的混亂中找到匹配的伴侶?；贒NA序列以網(wǎng)格圖案粘附在固體表面上的分析技術(shù)，稱為脫氧核糖核酸微陣列，依靠彩色熒光標(biāo)記來顯示互補(bǔ)的DNA鏈何時(shí)結(jié)合在一起。

互補(bǔ)DNA鏈相互識別并結(jié)合為雙鏈的過程被稱為雜交.生物體使用簡單、穩(wěn)定的雜交規(guī)則來讀取和復(fù)制它們的遺傳信息。

為了可視化我們?nèi)绾螌晒釪NA序列轉(zhuǎn)化為充滿活力的藝術(shù)品，描繪現(xiàn)代彩色顯示器（如手機(jī)和筆記本電腦顯示器）創(chuàng)造各種顏色的方式可能會有所幫助。

屏幕網(wǎng)格中每個像素的顏色由紅色、綠色和藍(lán)色主通道組成，每個通道的強(qiáng)度可以調(diào)高或調(diào)低以產(chǎn)生您看到的顏色。

雙鏈上堿基之間的錯配基本上增加了其雜交的少量不穩(wěn)定性，從而改變了雙鏈DNA的分子結(jié)構(gòu)。

這種新的熒光雜交技術(shù)背后的研究人員將不穩(wěn)定性編程到鏈中，以改變其熒光標(biāo)記的亮度。通過使用不同的染料來表示不同的顏色并去除堿基，在圖案化的DNA表面上進(jìn)行雜交可以產(chǎn)生非常容易看到的圖案。

DNA片段上的特定染料（Cy3，Cy5和熒光素），稱為探針，在每個紅色、綠色和藍(lán)色通道中創(chuàng)建 256 種色調(diào)的光線。這在無色和全色之間產(chǎn)生類似滑塊的熒光信號。

“從本質(zhì)上講，我們的合成表面變成了用微米級的DNA分子繪畫的畫布，”說利塔德。

為了演示顏色范圍，該團(tuán)隊(duì)將數(shù)字圖像分成三個8位RGB層，并為每個像素的值分配DNA序列。在指甲蓋大小的微陣列上，該技術(shù) – 無掩模陣列合成與光刻– 可以一次合成數(shù)十萬個獨(dú)特的DNA序列。

在具有數(shù)十萬個小鏡子的設(shè)備對應(yīng)于圖像中的像素和計(jì)算機(jī)腳本，超過786,000個DNA序列可以以網(wǎng)格形式安裝在微陣列表面上。RGB層中每個14 x 14微米的像素單位都有一個，并在DNA片段中編碼有關(guān)強(qiáng)度值的信息。

掃描三個微小的微陣列，或精確排列的“DNA畫布”，然后將這些層以數(shù)字方式合并在一起，可以以1024 x 768像素的分辨率以超過1600萬種顏色再現(xiàn)原始圖像。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這個過程可以擴(kuò)展到全高清甚至4K。

“通過使用簡單的過程，可以在微米級以高保真度再現(xiàn)數(shù)字圖像，”作者說。寫.

在許多用途中，更高分辨率的熒光信號可以更精確地測量我們體內(nèi)發(fā)生的過程，從而更好地了解細(xì)胞生物學(xué)，并更早地檢測疾病，例如癌癥.

該研究已發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會雜志.

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