9/19/2005
【Update】4D embryo
4D embryo是我在實驗室裡的pet project。所謂的pet project用多餘的時間、用現有的材料、做不出來不會死的研究計畫。
很多在做EvoDevo的人常常都是從某種奇怪動物clone了某基因，做了in situ跟immunostaining之後就做不下去了。即使在今天有那麼多分子操弄技術的時代，這仍然是大部分的人會碰到的瓶頸。如果回去根究問題的原因，很大的一部分是因為我們根本不夠了解胚胎本身，所以即使我們的基因操作產生了某種性狀，我們也看不到。
我只要有機會都會跟同儕努力宣揚這個信條：胚胎發育是細胞行為的問題，不是基因的問題（“Development is the problem of cell behavior, not that of the genes.”）。但不可否認基因操作還是分析生物系統最有力的一種工具，所以只能用兩段式解釋系統：基因影響細胞行為、細胞行為影響胚胎發育，如此我們才有希望用基因工具了解這些不是果蠅、不是C. elegans、不是斑馬魚、不是Xenopus、也不是老鼠的動物發育。在我的兩段式解釋系統中，細胞是連繫的環節，可是當在反省我們對這些「非模式」動物胚胎的了解時，似乎發現細胞階層的描述完全被遺忘了。
在經過一段蘊釀之後，我開始著手做水蛭胚胎高解析度4D解剖結構的記錄工作。所謂4D指的是三度空間加上時間。為了做到高解析度，必須做到只用單一胚胎做活體real time光學切片 recording，因為如果使用傳統方法分批固定大量胚胎後再染色、切片，個體變異將會使得時間軸上的解析度變得差很多。這時GFP（水母綠螢光蛋白）就可以派上用場了。如果把GFP跟在某個胞器表現的基因接在一起，就可以對某個特定的構造做4D追蹤。問題是要怎麼把GFP跟這些特定的基因接在一起？這在奇怪的動物上更是一個很大的問題。解決的方法是把人工合成的mRNA顯微注射打入胚胎細胞中。這樣說好像很簡單，其實還是有點難，不過至少在技術上我們已經一一克服。
下一個問題是怎樣讓胚胎乖乖地讓你拍好幾天，不會死給你看。最主要的問題是脫水！胚胎要活在液體中，但放在顯微鏡下液體就一定會蒸發，脫水之後鹽度太高，胚胎成了鹽漬胚胎，當然也就掛了。我在試驗了好幾次之後，成功地做了一個不透水chamber，可以讓胚胎在裡面讓你好好拍上至少三天。所以也解決了這個問題。
現在我則是正在進行這個project的第一號影片的準備工作，我剛把水蛭的histone基因clone出來，準備接上螢光蛋白。Histone是染色體的成份，我等於是要在活體胚胎中標記染色體，記錄染色體的4D分布。為什麼要看染色體？這就得回到胚胎學的問題上了。水蛭是環節動物，環節動物和軟體動物（螺貝之流）、扁蟲、還有其他多種很怪的動物（就是大部分沒有讀過動物系的人不會知道的）早期細胞分裂的空間分布是種很特別的螺旋狀分布，所以又叫做螺旋卵裂。螺旋卵裂每次細胞分裂的軸線和上次分裂的軸線約成45度角，這種固定的分裂模式早在十九世紀末就被人注意到了，可是到今天為止，我們對螺旋卵裂的了解還是很零星。我當初跑來做這些奇怪的動物99%，都是因為螺旋卵裂的關係。要動手就先從自己最有興趣的問題動手，所以，我打算用4D recording來看看染色體在螺旋卵裂胚胎中細胞分裂前後的行為，來做為計畫的第一步。
很多在做EvoDevo的人常常都是從某種奇怪動物clone了某基因，做了in situ跟immunostaining之後就做不下去了。即使在今天有那麼多分子操弄技術的時代，這仍然是大部分的人會碰到的瓶頸。如果回去根究問題的原因，很大的一部分是因為我們根本不夠了解胚胎本身，所以即使我們的基因操作產生了某種性狀，我們也看不到。
我只要有機會都會跟同儕努力宣揚這個信條：胚胎發育是細胞行為的問題，不是基因的問題（“Development is the problem of cell behavior, not that of the genes.”）。但不可否認基因操作還是分析生物系統最有力的一種工具，所以只能用兩段式解釋系統：基因影響細胞行為、細胞行為影響胚胎發育，如此我們才有希望用基因工具了解這些不是果蠅、不是C. elegans、不是斑馬魚、不是Xenopus、也不是老鼠的動物發育。在我的兩段式解釋系統中，細胞是連繫的環節，可是當在反省我們對這些「非模式」動物胚胎的了解時，似乎發現細胞階層的描述完全被遺忘了。
在經過一段蘊釀之後，我開始著手做水蛭胚胎高解析度4D解剖結構的記錄工作。所謂4D指的是三度空間加上時間。為了做到高解析度，必須做到只用單一胚胎做活體real time光學切片 recording，因為如果使用傳統方法分批固定大量胚胎後再染色、切片，個體變異將會使得時間軸上的解析度變得差很多。這時GFP（水母綠螢光蛋白）就可以派上用場了。如果把GFP跟在某個胞器表現的基因接在一起，就可以對某個特定的構造做4D追蹤。問題是要怎麼把GFP跟這些特定的基因接在一起？這在奇怪的動物上更是一個很大的問題。解決的方法是把人工合成的mRNA顯微注射打入胚胎細胞中。這樣說好像很簡單，其實還是有點難，不過至少在技術上我們已經一一克服。
下一個問題是怎樣讓胚胎乖乖地讓你拍好幾天，不會死給你看。最主要的問題是脫水！胚胎要活在液體中，但放在顯微鏡下液體就一定會蒸發，脫水之後鹽度太高，胚胎成了鹽漬胚胎，當然也就掛了。我在試驗了好幾次之後，成功地做了一個不透水chamber，可以讓胚胎在裡面讓你好好拍上至少三天。所以也解決了這個問題。
現在我則是正在進行這個project的第一號影片的準備工作，我剛把水蛭的histone基因clone出來，準備接上螢光蛋白。Histone是染色體的成份，我等於是要在活體胚胎中標記染色體，記錄染色體的4D分布。為什麼要看染色體？這就得回到胚胎學的問題上了。水蛭是環節動物，環節動物和軟體動物（螺貝之流）、扁蟲、還有其他多種很怪的動物（就是大部分沒有讀過動物系的人不會知道的）早期細胞分裂的空間分布是種很特別的螺旋狀分布，所以又叫做螺旋卵裂。螺旋卵裂每次細胞分裂的軸線和上次分裂的軸線約成45度角，這種固定的分裂模式早在十九世紀末就被人注意到了，可是到今天為止，我們對螺旋卵裂的了解還是很零星。我當初跑來做這些奇怪的動物99%，都是因為螺旋卵裂的關係。要動手就先從自己最有興趣的問題動手，所以，我打算用4D recording來看看染色體在螺旋卵裂胚胎中細胞分裂前後的行為，來做為計畫的第一步。
// posted by DHK @ 01:00 
