量子點單分子成像助力CRISPR機制研究

量子點（Quantum dots）做為無機合成的納米材料，具有超越傳統熒光染料的獨特光學性質，比如熒光亮度高、無需避光、不會淬滅，是新一代的優質熒光探針。

單分子成像（single-molecule imaging）技術中，將熒光探針用于單分子標記，要求熒光亮度高以滿足靈敏度和分辨率的需求，同時要求觀察時程長、不易淬滅、長時間激發耐光漂白。對于上述要求，量子點具有不可替代的光學優勢。

圖1 DNA curtain模式圖

圖中并行排列的部分為DNA，錨著于固相基質。

DNA curtain（DNA幕簾）（圖1）是用于分析DNA與蛋白質體外相互作用的技術。該技術中，DNA序列錨著于固相基質，同時以量子點對蛋白質分子進行熒光標記，即可實時對DNA與蛋白質的結合及作用模式進行動態觀察與分析。

加州大學伯克利分校的Jennifer A. Doudna教授和哥倫比亞大學的Eric C. Greene教授，于2015年11月在生物醫學頂級雜志《CELL》，發表題為“大腸桿菌CRISPR-Cas系統對外源DNA的監測與處理”的研究論文。該課題基于DNA curtain技術，將DNA序列錨著于固相基質，同時利用量子點標記的Flag抗體將Cascade進行熒光標記（圖2），通過對綠色的DNA及洋紅色的Cascade進行實時的動態觀察，從而分析二者的相互作用模式，有助于闡明細菌CRISPR系統對外源DNA的作用機制。

圖2 E. coli Cascade靶向結合模式

A. 寬場全內反式熒光顯微鏡（TIRF）成像顯示量子點標記的Cascade（洋紅色）結合于DNA（綠色）λ1序列。
B. TIRF成像顯示Cascade結合于DNA的λ3序列。
C. E. coli Cascade通過crRNA靶向于不同結合位點的模式圖。

文獻來源：Redding S, Sternberg SH, Marshall M, Gibb B, Bhat P, Guegler CK, Wiedenheft B, Doudna JA, Greene EC. Surveillance and Processing of Foreign DNA by the Escherichia coli CRISPR-Cas System. Cell 2015;163(4):854-65