一种在试管中观察基因活性的新技术

在寻找疾病的原因和开发新的治疗方法时，准确了解遗传基础是绝对重要的。维尔茨堡的研究人员为此设计了一种新技术。病理过程的特征通常是受影响细胞中基因活性的改变。因此，获得基因活动的准确图像可以为开发新的靶向疗法提供关键。这些疗法是否会像我们希望的那样起作用，也可以通过观察基因和它们启动的过程来验证。

难怪研究的重点是提供有关单个细胞遗传活动的详细信息的方法和技术。维尔茨堡大学(JMU)的一个研究小组现已开发出一种技术，该技术对迄今为止使用的方法进行了重大改进。来自分子感染生物学研究所(IMIB)和亥姆霍兹RNA感染研究所(HIRI)的科学家参与其中。他们在最新一期的《核酸研究》杂志上展示了他们的工作成果。

合成转录组分析

“我们开发了一种技术，可用于分析完全可定制的合成转录组的翻译景观，换句话说，在细胞外的转录组，”JörgVogel解释了这项研究的核心结果。Vogel是JMU分子感染生物学研究所的负责人，也是HIRI的主任以及该研究的主要作者。这项新技术的科学名称为INRI-seq，是体外Ribo-seq的缩写。

转录组是在给定时间点在细胞中活跃的所有基因的集合。它由现有mRNA的总和组成——蛋白质从细胞核到核糖体的蓝图转运蛋白。核糖体是细胞的“蛋白质工厂”;这是将mRNA的核苷酸序列翻译成蛋白质的氨基酸序列的地方。

改进可比方法

原则上，INRI-seq是对类似方法的改进，这些方法追求相同的目标，但提供的结果不太准确或有其他缺点。例如，RNA测序(RNA-seq)确定细胞中mRNA的浓度，从而得出关于其活性基因的结论。然而，最终的蛋白质丰度并不总是与各自的mRNA浓度相关。

更准确的技术是核糖体分析(Ribo-seq)。在过去的十年中，这已成为直接以全转录组方式测量蛋白质合成的主要方法之一。“虽然Ribo-seq极大地推进了翻译相关过程的研究，但该方法并非没有限制，”JörgVogel说。

Ribo-seq的诸多限制

例如，使用Ribo-seq检测弱表达基因是一项重大挑战，这会阻止许多基因被记录在常见的研究设计中。同样，对来自重要生态栖息地(如人类肠道)的微生物进行Ribo-seq研究也很困难，因为其中许多微生物无法在实验室中培养。

正如Vogel解释的那样，另一个缺点是“在机械水平上，基于Ribo-seq对影响翻译的分子(例如特殊抗生素)的研究可能会受到细胞反应的阻碍”。由于Ribo-seq是在活细胞上进行的，因此很难区分对翻译的直接和间接影响。

为了克服其中的一些限制，来自维尔茨堡的科学家们开发了INRI-seq，用于在无细胞环境中进行全球翻译研究。INRI-seq使用市售的体外翻译系统，结合体外合成、完全可定制的转录组，可以更好地控制单个mRNA水平。

“例如，使用INRI-seq，翻译调节物质不再需要穿过细胞膜或从大量活细胞中提取核糖体，”Vogel说，概述了该技术的优势。“您还需要更少的昂贵物质，例如只能小规模生产的新抗生素。因此INRI-seq也节省了时间和金钱。”

实验成功率更高

研究小组使用合成生成的大肠杆菌转录组证明了该系统的工作情况。与技术上类似的活细胞研究相比，INRI-seq识别出的翻译过程开始位点几乎增加了四倍，证明了它的高灵敏度。

因此，Vogel和他的团队毫不怀疑“INRI-seq作为研究翻译过程的替代方法具有巨大潜力，因此也具有影响这些过程的物质。”