AD Group

Chụp ảnh DNA bằng kính hiển vi lực nguyên tử AFM

Thứ ba, 24/10/2023

Giới thiệu

Rất lâu trước khi phát hiện ra axit deoxyribonucleic (DNA), chúng ta đã quan sát thấy một số đặc điểm của con người được truyền từ cha mẹ sang con cái. Trong một thời gian dài, khái niệm này đã được sử dụng để nhân giống động vật hoặc trồng cây có đặc điểm riêng biệt. Tuy nhiên, cơ sở khoa học đằng sau các quá trình di truyền vẫn chưa được biết đến trong một thời gian khá dài.

Năm 1865, Gregor Mendel phát hiện ra rằng những đặc điểm di truyền tuân theo những quy luật nhất định. Công trình nghiên cứu này của Mendel phần lớn bị bỏ qua cho đến khi nó được phát hiện lại vào đầu thế kỷ 20 bởi Hugo de Vries và Carl Correns. Việc khám phá lại công trình này đã đặt nền móng cho di truyền học hiện đại và khái niệm gen là vật chất mang thông tin di truyền. DNA được phát hiện là vật liệu dùng để viết mã di truyền. Mặc dù thành phần của nó đã được phân tích từ rất sớm nhưng cấu tạo và cấu trúc 3 chiều của DNA vẫn là một chủ đề gây nhiều tranh cãi. Mãi đến năm 1953, khi James Watson và Francis Crick xây dựng mô hình chuỗi xoắn kép, cấu trúc thực sự của DNA và bí ẩn về mã di truyền mới được giải đáp. DNA là một chuỗi polymer lưu trữ thông tin di truyền và bao gồm hai chuỗi nucleotide được gấp lại thành một chuỗi xoắn kép. Chuỗi mang mã di truyền gồm các nhóm nhỏ gồm ba nucleotide. Tùy thuộc vào sinh vật, các phân tử DNA chứa tới hàng trăm triệu nucleotide và do đó có thể có chiều dài từ vài micromet (vi khuẩn) đến mét (động vật có vú).

Dữ liệu nhiễu xạ tia X của Rosalind Franklin đã đóng một vai trò quan trọng trong việc giải quyết cấu trúc của DNA và kỹ thuật này vẫn còn quan trọng cho đến ngày nay, trong đó phương pháp tinh thể học tia X và kính hiển vi điện tử là những công cụ chính được sử dụng để chụp ảnh DNA ở độ phân giải cao. Tuy nhiên do sử dụng các phương pháp cũ có tỷ lệ tín hiệu nhiễu cao, cho nên gần đây, các kỹ thuật dùng đầu dò quét đã trở nên ưu việt hơn , không cần thiết phải tinh thể hóa DNA trước khi chụp ảnh và khả năng nghiên cứu các tương tác và quá trình protein-DNA khi chúng xảy ra.

Chụp ảnh DNA

Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) được sử dụng để chụp ảnh DNA với độ chính xác cao và trong điều kiện sinh lý [1,2]. Để được chụp ảnh bằng AFM, các mẫu phải được cố định trên một bề mặt phẳng. DNA mang điện tích âm có thể cố định trên các bề mặt tích điện bằng các tương tác tĩnh điện. Mica muscovite thường được sử dụng cho mục đích này. Các cation hóa trị hai có thể được sử dụng làm cầu nối để cố định các phân tử DNA tích điện trên bề mặt mica [3]. Các cation được sử dụng phải hòa tan trong nước và liên kết chặt chẽ với cả khung DNA và mica. Niken (Ni2+) và magie (Mg2+) thường được sử dụng. Sau khi DNA và các cation đã hấp phụ vào mica, bề mặt phải được rửa, sấy khô trong không khí và chụp ảnh ngay.

Tài liệu tham khảo

1. Lyubchenko Y, Shlyakhtenko L, Harrington R, Oden P, Lindsay S. (1993). “Atomic force

microscopy of long DNA: imaging in air and under water”. Proc Natl Acad Sci USA 90, 2137-

2140.

2. Han W, Dlakic M, Zhu YJ, Lindsay SM, Harrington RE (1997). “Strained DNA is kinked by low concentrations of Zn2+”. Proc Natl Acad Sci USA 94, 10565-10570.

3. Cheng H, Zhang K, Libera JA, Olvera de la Cruz M, Bedzyk MJ (2006). “Polynucleotide

adsorption to negatively charged surfaces in divalent salt solutions”. Biophys. Journal 90,

1164-1174.

Thiết bị thực hiện thí nghiệm này

Tất cả các phép đo được thực hiện với Nanosurf easyScan 2 FlexAFM (phạm vi quét 10 μm) có độ phân giải cao hoạt động ở chế độ Động trong không khí.

Để tham khảo thư viện hình ảnh AFM dành cho Life Science, vui lòng truy cập website:

https://www.nanosurf.com/en/products/flexafm#life-science

Chụp ảnh DNA bằng kính hiển vi lực nguyên tử AFM

DANH MỤC

Tin liên quan

Kỹ thuật Single Particle Cryo-EM

Chiến Lược hình ảnh hóa Cấu Trúc chính xác của Tấm Ngăn Pin

Khám Phá Mẫu Được Hydrat Hoàn Toàn Với Công Nghệ ESEM