文獻信息

華南理工大學生物科學與工程學院、廣州醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院等單位的研究成果《Deep silicification–assisted long-term preservation of structural and genomic information across biospecies: From micro to macro》（深度硅化輔助長期保存生物物種結構和基因組信息-從微觀到宏觀）在國際著名雜志《PNAS》（IF：9.4）上發(fā)表。平生公司的離活一體Micro CT設備（NEMO）在論文中提供了蚯蚓樣本的形態(tài)圖像和定量分析。

該論文第一作者為華南理工大學生物科學與工程學院碩士研究生梁科，共同一作為華南理工大學生物科學與工程學院博士后周亮、廣州醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院教授雷琪，通訊作者為華南理工大學生物科學與工程學院朱偉教授、新墨西哥大學C. Jeffrey Brinker教授、華南師范大學張敏敏副研究員，華南理工大學為第一通訊單位。

文獻摘要
背景：在生物樣本中同時保存形態(tài)、結構和基因組屬性對于全面了解生物現(xiàn)象和疾病機制至關重要。然而，目前的保存方法（例如，冷凍保存，化學試劑固定和生物塑化）在同時實現(xiàn)這些關鍵的組合目標方面表現(xiàn)出局限性。為了解決這一問題，受自然石化的啟發(fā)，作者提出了“深度硅化”，這是一種消除固定要求并克服冷鏈問題的室溫技術。該技術的核心在于乙醇和二甲基亞砜（DMSO）在蛋白質催化的自限性硅化過程中的協(xié)同作用，有效增強了硅酸在生物體內的滲透和積累，極大提升細胞內二氧化硅含量，有效增強無機二氧化硅材料與生物體的相互作用。這種多用途且成本效益高的方法在保存各種尺度的生物體形態(tài)方面表現(xiàn)出顯著的效果。通過加速老化實驗推算，在20℃條件下，硅化蚯蚓的基因組儲存半衰期約為1347.4年，DNA的存儲穩(wěn)定性增強了4723倍，全基因組測序證實了樣本中的全基因組信息近100%的保真度。由于其簡單和可靠，“深度硅化”代表了生物樣品存儲的范式轉變。

實驗方法
Micro CT掃描
采用Nemo Micro-CT （平生醫(yī)療科技有限公司，型號NMC-200）對蚯蚓標本進行斷層掃描。掃描管電壓設為60 kV，掃描管電流設為120µA。掃描過程中，探測器和球管繞樣品室中心軸旋轉360度，在掃描區(qū)域內投影4000次，持續(xù)1800秒。探測器捕獲圖像后，將圖像傳輸?shù)接嬎銠C上，在Avatar軟件（版本1.7.2, 平生醫(yī)療科技有限公司）上使用FDK方法進行重建，以15µm × 15µm × 9µm的像素大小，使用FDK方法進行重建。

實驗結果
Micro-CT掃描顯示，與對照組相比，硅化蚯蚓密度更高，邊界明確，節(jié)段結構明顯（圖4 F和H）。深度硅化的蚯蚓表面和內部沉積了大量的二氧化硅材料，為整體結構提供了良好的支撐和保護。通過一級降解動力學模型計算得出，在20℃條件下，硅化蚯蚓的基因組儲存半衰期約為1347.4年。與對照組和未硅化組相比，深度硅化的軟體動物樣本中DNA的穩(wěn)定性分別提升了4723倍和517倍。

圖4：宏觀生物的深度硅化。（A、B）深度硅化蚯蚓的SEM圖像，(A)蚯蚓的橫切面，(B)插圖虛線部分放大后的蚯蚓肌肉組織的SEM圖像，插圖部分為(A)黃色虛線框內放大后的SEM圖像。（C-E）深度硅化蚯蚓煅燒后的SEM圖像，(D)蚯蚓硅復制品的縱切面，插圖為黃色虛線框內放大后的圖像。(E)蚯蚓肌肉間纖維結構的硅復制品。(F)蚯蚓顯微CT圖像，從左到右虛線框內的圖像分別代表對照組和深度硅化組。(G)蚯蚓不同部位的CT值。(H)固定未處理蚯蚓和硅化蚯蚓的總體積比較。

使用結論
深度硅化在各種尺度上提供一致的保護，從微米大小的細菌和細胞到宏觀的軟體動物和哺乳動物器官，實現(xiàn)“化石般的”封裝和保存。該技術保留了樣品的形態(tài)和結構，同時實現(xiàn)了基因組物質的“原位封裝和按需提取”。與以往的各種方法（如冷凍保存、福爾馬林固定、DNA提取和保存以及冷凍硅化）相比，作者的研究在DNA儲存、結構完整性保護以及時間、成本、毒性和能效方面具有顯著優(yōu)勢。展望未來，通過深度硅化保存結構和基因組信息為減輕物種滅絕和促進未來的生物多樣性保護提供了巨大的潛力。

使用設備

  Micro CT (型號：NEMO) (平生醫(yī)療科技)
 影像軟件：Avatar（平生醫(yī)療科技）