Ny metod för att avbilda biologiska molekyler
Forskare vid Karolinska Institutet har tillsammans med kollegor vid Aalto-universitetet i Finland utvecklat en ny metod för att skapa bilder av molekyler i celler eller vävnadsprover. Metoden bygger på att DNA-snuttar används och kallas förenklat för DNA-mikroskopi. Tillvägagångssättet beskrivs i den vetenskapliga tidskriften PNAS.
Den nya metoden går ut på att forskarna i ett första led blandar upp ett cell- eller vävnadsprov med korta sekvenser av enkelsträngat DNA, utvalt för att fästa vid just de molekyler som ska studeras. Är det till exempel ett specifikt protein som ska undersökas används små DNA-snuttar som binder till just detta protein. I nästa led tillförs enzymer som får de korta DNA-sekvenserna att koppla ihop sig och bilda DNA-molekyler.
Lägga pussel
Genom att analysera dessa nybildade DNA-molekyler med så kallad DNA-sekvensering går det att se precis vilka DNA-snuttar som har hamnat intill varandra. Utifrån den informationen går det att lägga ett pussel som visar hur alla DNA-sekvenserna måste sitta ihop. Eftersom DNA-sekvenserna är fästa på de molekyler som ska avbildas går det att förstå hur rikligt de förekommer samt var i cellerna de finns. Det forskarna nu publicerar är en matematisk modell som gör det möjligt att beräkna detta samt att skapa bilder ur sådan information.
– Man kan likna det vid bordsplaceringsleken på ett bröllop där varje gäst får en lapp som matchar med deras bordsgrannars. Om man har alla dessa lappar kan man återskapa bordsplaceringen. I våra experiment motsvarar lapparna DNA-snuttarna och gästerna är de molekyler som snuttarna är fästa vid, säger Björn Högberg professor vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik vid Karolinska Institutet.
DNA-mikroskopi
Fördelen med den här metoden, som forskarna kallar DNA-mikroskopi, är att den gör det möjligt att söka av vad som i sammanhanget är större material, som en hel cellsamling eller ett vävnadsprov. Med traditionell mikroskopi, där man måste titta på ett område i taget, är det mycket tidsödande. Men med DNA-mikroskopi är det möjligt att till exempel screena efter vissa molekyler och undersöka hur frekventa de är. Metoden gör det också möjligt att se vilken roll den omedelbara närmiljön spelar för en cell, alltså hur mikromiljön kan påverka eventuell sjukdomsutveckling – för att nämna endast två av flera möjliga användningsområden för DNA-mikroskopi.
– Det här är ett verktyg som kan användas för att få en bättre förståelse för hur biologin fungerar och hur celler samarbetar. Den kunskapen kan ge en bättre bild av hur olika sjukdomar utvecklas. På sikt kan detta verktyg också ge möjligheter till säkrare diagnostik, säger Ian Hoffecker, forskare i Björn Högbergs forskargrupp vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik vid Karolinska Institutet samt den som har lett studien.
Forskningen är finansierad av Åke Wibergs stiftelse, Knut och Alice Wallenbergs stiftelse samt Finlands Akademi.
Publikation
"A Computational Framework for DNA Sequencing Microscopy". Ian T. Hoffecker, Yunshi Yang, Giulio Bernardinelli, Pekka Orponen och Björn Högberg. PNAS, online 4 september 2019, doi: 10.1073/pnas.1821178116.