这是一个管道问题：以某种方式通过一系列柔性显微管道泵水，以帮助识别蛋白质将粘附到哪些DNA片段。这听起来可能很深奥，但研究人员已经设计出这样一种系统，以帮助解决生物学中的一个基本问题——细胞如何从基因和蛋白质的波动网络中形成。
该装置是微流体技术的独特示例，有时称为芯片实验室，它在由与软性隐形眼镜相同的玻璃纸状塑料制成的微观管道和储液器中推动水。该系统由液压和柔性阀门驱动，通过塑料小“按钮”向下压，以在DNA和蛋白质结合过程中将其捕获。加州理工学院的生物化学家、该系统的共同设计者塞巴斯蒂安·麦克尔说，除了能够进行数百次同步测量外，它还可以检测到其他实验可能遗漏的分子之间相对较弱、短暂的相互作用。
“了解这些相互作用强度非常重要，”麦克尔说。“这基本上是细胞发挥作用的原因。” 基因在被称为转录因子的蛋白质的作用下变得或多或少活跃，每个转录因子可以影响数百或数千个其他基因。当一个因子在细胞中变得更加集中时，它将开始激活它内在亲和力较弱的基因，从而可能改变细胞的行为。研究人员希望拥有一张这些相互作用的地图，他们可以在计算机上进行调整，但获得转录因子影响的概览可能很费力。
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为了促进这项研究计划，麦克尔和他的博士生导师斯蒂芬·奎克为他们的设备配备了一系列哑铃形注水储液器[见上方照片]。每个储液器的两侧都由一个阀门隔开。每个哑铃的一侧都充满了用荧光分子标记的不同短DNA序列。在另一侧，研究人员合成了他们想要研究的转录因子并将其固定到位。当蛋白质准备就绪时，他们打开阀门，DNA扩散到另一侧。
研究人员通过用塑料“按钮”按压蛋白质来测量蛋白质和DNA结合的强度。任何与蛋白质结合的DNA都被固定到位，他们通过储液器中的荧光量来测量其数量。他们在酵母转录因子对上测试了他们的系统，并使用这些数据来预测蛋白质将靶向哪些酵母基因，他们在本周的《科学》杂志上报告说。“我们成功地真正首次全面测量了转录因子结合能谱，”麦克尔说。“相对于大多数其他方法的优势在于它易于扩展。”
“我认为这是一篇很棒的论文，”不列颠哥伦比亚大学的系统生物学家卡尔·汉森说。“像这样的集成平台……对于研究蛋白质之间的相互作用来说将是一次飞跃，”他说。普林斯顿大学研究生物系统的理论物理学家柯蒂斯·卡兰也同意，它有望提供转录因子-DNA结合的全局视图。“原则上，”他说，“他们可以进行真正全面的实验，这将主导该领域。”