超分辨率显微镜

基因组学研究

SMLM可以将染色体的三维组织与功能联系起来

用Vutara VXL对基因组进行3D成像

染色体的三维组织在染色体功能和基因表达中起着关键作用。染色体在区域基础上表现出结构差异,包括染色体内部和染色体之间。了解这些结构差异可能有助于理解正常和病理状态下的染色体功能。了解染色体组织的传统方法,即染色体构象捕获测定,是能够从数百万个细胞中提供基因组平均结构的整体测序技术。虽然这提供了平均细胞中DNA组织的良好概述,但由于数据收集的集成性质,它缺乏细胞背景。在亚染色体水平上可视化基因组组织和结构对于理解基因与其环境之间的关系是必要的。

OligoSTORM和OligoDNA-PAINT

基于OligoSTORM (B. J. Beliveau et al., 2015)的使用,哈佛大学吴廷实验室与Bruker合作,开发了一种使用Vutara VXL在超分辨率水平上对特定染色体区域的DNA序列进行成像和可视化的方法(查看网络研讨会).特殊设计的寡核苷酸与染色体序列杂交。通过用次级低聚物依次标记样品,然后用定位显微镜成像,可以生成标记区域结构的3D图像。

14探针在19号染色体的父、母同源体上。
在一个地形相关区域内的染色体19室。

虎鲸成像

除了基因组成像的超分辨率工作流程外,Vutara平台还具有SRX软件完全能够从采集到分析进行ORCA(染色质结构光学重建)实验。ORCA起源于斯坦福大学的Alistair Boettiger实验室,是一种广域基因组成像技术,用于观察小基因组区域或探针步长(2-10 kb)的单个基因。虽然衍射受限,但由于与OligoSTORM相比探针步长更小,该方法提供了高序列分辨率,并且由于与单分子定位数据相比,可以更快地获取宽视场图像,因此可以进行更高的通量研究(L. J. Mateo等人,2019)。

Vutara VXL成为理想的基因组成像平台的主要特点:

  • 采用专利双平面技术进行三维定位,每个图像平面包含1 μm厚的切片
  • Z系列扩展轴向范围-扫描整个细胞核,成像深度可达30 μ m
  • 多核多位置捕获

综合可视化与分析

SRX软件提供了一整套数据过滤和统计分析工具,用于执行各种各样的分析。诸如DBScan、OPTICS和Delaunay分析等聚类算法可用于识别基因组数据的聚类。在簇被识别后,进一步的指标,如簇中的粒子,体积,球形比,粒子密度和旋转半径,然后可以计算。

SRX软件还配备了ORCA数据集自动图像分割和重建的分析工作流。这包括通过集成染色体构象捕获技术获得的类似Hi-C图的距离和接触频率图的生成。

SRX聚类分析接口。
ORCA数据显示SRX从单轮成像中自动切割识别基因组信号。圆形连接形成ORCA流线。
SRX中ORCA流线的三维可视化。
由ORCA数据在SRX中生成接触频率图。

综合应用流体学

通过超分辨率或宽视场成像基因组需要标记大量探针,远远超过现有的光谱不同探针。因此,这些方法在很大程度上依赖于顺序标记策略。完整的流体集成Vutara和SRX可用于所有顺序标记需求。

SRX软件已经过优化,以满足这种苛刻的应用程序的要求。一个关键步骤是实现微流体控制,以便执行顺序标签步骤。SRX微流体控制模块允许用户创建流体序列,每个流体步骤包含无限数量的缓冲区和试剂,以及每个实验的无限数量的步骤。SRX在每个步骤中为本地化分配用户定义的颜色,在可视化和分析期间,合并整个数据集。可以可视化和分析无限数量的步骤。

SRX流体控制接口。