dna分子及其双链断裂碎片的afm观测

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1、第22卷第2期辐射研究与辐射工艺学报Vol.22,No.22004年4月J.Radiat.Res.Radiat.Process.April2004DNA分子及其双链断裂碎片的AFM观测11,211,314倪嵋楠赵葵隋丽梅俊平郭继宇王如瑜1（中国原子能科学研究院核物理研究所北京102413）2（北京师范大学射线束技术与材料改性教育部重点实验室北京100875）3（河北工业大学天津300130）4（中国科学院理化技术研究所北京100101）摘要DNA是生命信息的载体，是辐射生物学效应最重要的靶分子。研究DNA辐射损伤机理，需掌握观测DNA分子及其双链断裂（DoubleStrandB

2、reaks，DSB）碎片的技术。在大气状态下，使用原子力显微镜（AFM）241技术获得了3种经提纯的DNA分子的直观图像。在水溶液中，利用Am-α源辐照装置对其中一种DNA分子作低剂量照射，首次获得了DNA双链断裂碎片的AFM图像。为研究不同类型辐射—特别是重离子辐射—导致的DNA双链断裂几率的统计模型，做了技术准备。关键词DNA，AFM，生物样品吸附，AFM针尖展宽效应，双链断裂中图分类号Q6-33，Q691.5电离辐射诱发生物损伤的物理化学机理是辐射所需的样品制备技术相对简化。AFM的轻敲扫描模生物学和放射医学的基础课题之一，又是涉及物理式（Tappingmode）可使其针

3、尖对样品的作用力控-9学与生物学、化学和医学等多学科交叉的一个重要制在小于1.0×10的范围内，从而将扫描过程中针领域。DNA是生命信息的载体，是辐射生物学效应尖对样品的损伤降低到可被忽略的水平。同时，的最重要靶分子。研究表明，DNA双链断裂是辐射AFM的Tappingmode横向分辨率达到了0.1nm，能引起的各种生物效应中最重要的原初损伤。研究辐够探测到直径为2nm的DNA双螺旋结构。因此，照后早期DNA双链断裂的物理化学机理，将有助AFM被认为是观测DNA分子及其片断的最好工[2]于了解生物体的后期生物学效应，并建立起它们之具。间的联系。在分子水平上，系统地观测和研究DN

4、A我们利用美国DI公司NanoscopeIIIa型AFM双链断裂在基因组中的分布规律，DNA损伤的修复的Tappingmode功能，对沉积在APTES-云母衬底过程及其机理，可以为重离子治癌和载人航天飞行及纯云母表面的DNA分子进行了常温下大气中的等应用，进行基础性与先导性研究。测量DNA链观测，得到了清晰的图像，并对两种衬底上的DNA断裂的常规方法有中性梯度沉降、中性过滤淘析、分子图像进行了比较。作为进一步研究电离辐射致凝胶电泳和早期染色体凝缩等。它们都有其适用范DNA双链断裂机理的准备工作，我们使用自行设计围和局限性，不同程度地存在灵敏度不够高，以及的241Am-α源辐照装

5、置辐照pGEMT−1质粒的开环物理基础不清楚等问题。利用透射电子显微镜超螺旋DNA，并成功地首次观测到DNA双链断裂（TEM）和扫描隧道显微镜（STM）等技术也可获碎片的AFM图像。得单个DNA分子的图像，但这些观测技术在许多方面存在着不同程度的缺陷，如分辨率不够高，样1实验准备品制备过程繁琐，对DNA分子的结构损伤较大等1.1DNA样品的提纯等。原子力显微镜（AFM）技术的发明以及分子生实验用的质粒DNA由军事医学科学院放射医学物学技术的不断改进，大大提高了人们对DNA分研究所放射毒理实验室构建。图1是质粒DNA[1]子的实时观测能力。利用AFM观测DNA样品，pGEMT-1

6、的电泳图。实验样品的种类及其特点列于表1。——————————————国家自然科学基金(10175095)资助第一作者：倪嵋楠，男，1974年4月出生，1998年毕业于中国科学技术大学近代物理系，2001年在中国原子能科学研究院获得硕士学位，粒子物理及原子核物理专业，实习研究员收稿日期：初稿2003-01-13，修回2003-05-22第2期倪嵋楠等：DNA分子及其双链断裂碎片的AFM观测1071.3DNA样品的吸附对生物大分子样品作AFM观测，其样品制备的关键是以适当的结合力将生物大分子固定在一个原子级平整的衬底表面上。云母片是公认的容易获得的理想材料。然而，新解离的云母片表

7、面略呈负Fig.1Electrophoregramof电性，DNA分子表面也带有负电荷，由于静电斥力，plasmidpGEMT-1DNA样品不易被吸附到云母表面。(P)SC:Supercoilconfor-mation,OC:Opencircle目前用得最多的吸附方法，是使云母片表面硅conformation.80%ofthe烷化，使其表面呈正电性，以利于DNA分子的吸moleculesaresupercoil[3-5]DNA.附。其中，APTES(3-aminopropyltriethox