空间生物学

空间生物学定义

什么是空间生物学？

空间生物学（也称为空间Omics）是一个多学科领域，它结合了生物学、遗传学、基因组学和成像技术来研究生物分子、细胞和组织在其自然环境中的空间组织和相互作用。它侧重于了解生物成分的空间排列如何影响其功能、行为和整体生物过程。

传统上，生物学主要侧重于通过孤立地分析生物系统的组成部分或使用体积测量来研究生物系统。然而，空间生物学认识到，生物过程是在复杂的空间关系背景下发生的。通过研究分子、细胞和组织的空间组织，研究人员可以对驱动生物现象的潜在机制获得有价值的见解。

技术进步，例如高分辨率成像技术，使研究人员能够以前所未有的详细程度可视化和分析生物结构和相互作用。空间生物学利用这些技术绘制分子、蛋白质、RNA和其他生物分子在细胞和组织内的分布图。它提供了对分子和细胞如何在空间上相互作用以形成复杂的生物网络和系统的更深入理解。

空间生物学在生物学的各个领域都有许多应用，包括发育生物学、神经科学、癌症研究、免疫学和微生物学。它可以帮助揭示基因表达的空间模式，识别细胞类型及其在组织内的相互作用，研究细胞信号通路，研究组织结构，探索传染病的空间动力学等领域。

空间信息与分子和基因组数据的集成有可能彻底改变我们对生物系统的理解，为健康、疾病机制和潜在治疗靶点提供新的见解。空间生物学是一个新兴和快速发展的领域，正在进行的研究和技术发展继续推动其边界，并影响我们对复杂生物系统的理解。

如何选择用于空间生物学应用的抗体？

选择正确的抗体对于空间生物学应用至关重要，以确保准确可靠地检测组织或细胞环境中的目标分子。以下是空间生物学研究中选择抗体的一些注意事项：

• 特异性：必须选择对目标分子高度特异的抗体。具有低交叉反应性的抗体可将假阳性或非特异性染色的可能性降至最低，确保准确检测和解释目标分子的空间分布。
• 验证：选择在预期应用中性能得到彻底验证的抗体。寻找在空间生物技术（如空间转录组学、空间蛋白质组学或基于图像的方法）中测试过的抗体。考虑使用已发表数据或参考文献支持其在空间应用中的特异性和性能的抗体。
• 寄主种类和同型：如果使用间接检测方法，如免疫荧光或显色染色，则选择来源于不同宿主物种的一级抗体，而不是二级检测试剂。这将交叉反应和背景染色的可能性降至最低。此外，如果需要来自同一宿主物种的多个一级抗体，请考虑使用不同同型的一级抗体。
• 多路传输能力：如果您打算执行多重染色来同时检测多个目标，请选择与多重技术兼容的抗体。确保抗体具有不同的发射光谱，或者可以使用适当的成像或检测方法进行区分。

空间生物学与单细胞分析的区别是什么？

单细胞分析和空间生物学是密切相关的概念，在生物系统研究中相互补充。单细胞分析侧重于在分子水平上表征和研究单个细胞，使研究人员能够了解细胞群体的异质性和多样性。它涉及诸如单细胞测序、大规模细胞术和单细胞成像等技术，这些技术能够测量单个细胞中的基因表达、蛋白质丰度和其他分子特征。

另一方面，空间生物学专注于生物分子、细胞和组织在其原生环境中的空间组织和相互作用。本课程旨在了解生物成分的空间排列如何影响其功能和行为。空间生物学技术涉及高分辨率成像方法，如荧光原位杂交（FISH）、空间转录组学和空间蛋白质组学，这些方法能够在空间环境中可视化和绘制分子和细胞。

单细胞分析和空间生物学的结合使研究人员能够更全面地了解生物系统。通过将单细胞测序数据与空间信息相结合，研究人员不仅可以识别不同的细胞类型及其基因表达谱，还可以确定其在组织中的空间分布。这种整合为细胞之间的空间关系、它们的功能专门化以及它们与相邻细胞的相互作用提供了见解。

此外，空间分辨转录组学技术，如空间转录组学和空间分辨RNA测序，能够同时测量组织内的基因表达和空间信息。这些技术提供了一个空间分辨率的基因表达图谱，使研究人员能够识别细胞类型、空间调控的基因表达模式以及复杂组织中的细胞间相互作用。

通过将单细胞分析与空间生物学相结合，研究人员可以揭示组织内细胞的异质性和空间组织，阐明细胞相互作用和通信网络，并对组织发育、疾病进展和治疗反应有更深入的了解。这种整合有可能提高我们对生物系统的认识，并对发育生物学、癌症研究、神经生物学、免疫学等领域作出贡献。

什么是DNA显微镜？

DNA显微镜是一种结合分子生物学和显微镜的技术，其根源在于研究DNA组织。基本方法可以扩展到以高分辨率可视化各种目标，同时保持空间信息。与超分辨率成像相比，由于使用了标记有短DNA序列的抗体，因此在DNA显微镜中可以实现更高复用水平的单细胞蛋白质组学。这些抗体寡核苷酸缀合物（AOC）用于结合互补链以进行检测。

在DNA-PAINT（纳米地形成像的点积累）中，用荧光染料标记的成像器链与AOC对接链快速结合和解离。在每个绑定事件（闪烁）期间发出荧光信号。因为每个荧光团发射更多的光子，所以目标的定位更加精确。由于漂白不是一个问题，因此可能需要更长的成像曝光时间。这允许分子分辨率。

分子像素化是一种在固定细胞上使用条形码AOC的新方法。DNA条形码包含每个分子、目标抗原和空间邻近性的信息。下一代测序读数可以在单细胞水平上对蛋白质丰度进行多重定量分析。特定位置的条形码允许在一次实验中分析各种蛋白质的空间聚集（极化）。

什么是Spatial CUT&Tag和MERFISH？

Spatial CUT&Tag将全基因组蛋白质与染色质结合模式的特征与微流体辅助条形码结合，以保留样品的空间信息，然后进行高通量测序。在CUT&Tag（在目标和标记下裂解）中，针对感兴趣蛋白质的抗体将蛋白质a和/或G Tn5转座酶融合蛋白引导到指定的基因组区域，以进行染色质裂解。扩增和测序引物附着在转座产物上，随后对其进行测序和绘图。空间切割和标记包括两个标记步骤，在测序之前使用微通道引导流，以保留染色质片段的原位定位信息。

MERFISH（Multiplexed Error Robust Fluorescence In-Situ Hybridization，多重错误稳健荧光原位杂交）也利用抗体引导过度活跃的Tn5融合蛋白朝向表观遗传标记。然而，生成的DNA片段随后转录成RNA，然后通过荧光检测或测序。

Julian Pampel，理学学士

antibodies-online.com的内容经理

反体的创造性思维——在线，敏锐地观察细节。精通生命科学领域，热爱植物生物技术和临床研究设计。负责反体在线的插图和书面内容，并监督反体在线奖学金项目。

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