專利名稱：記錄信號的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號，更具體地說，涉及記錄和分析信號的技術(shù)。
背景技術(shù)：
記錄細胞內(nèi)信號是基因組學、細胞生物學和神經(jīng)科學領(lǐng)域中數(shù)據(jù)的關(guān)鍵來源。例如，在基因工程和細胞生物學中，通過監(jiān)測細胞內(nèi)關(guān)鍵分子的濃度(concentration)，測量基因表現(xiàn)模式和蛋白質(zhì)相互作用。在神經(jīng)科學中，細胞膜兩端電壓差的記錄，或者自由離子的濃度的記錄使研究人員可以獲得細胞內(nèi)動作電位的時間模式(1毫秒，100毫伏脈沖)，借助細胞內(nèi)動作電位，實現(xiàn)大腦中的幾乎所有計算。
生物組織由各種結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所述各種結(jié)構(gòu)由各種類型的大量細胞構(gòu)成。例如，神經(jīng)系統(tǒng)由數(shù)十億的細胞，即神經(jīng)元組成，神經(jīng)元利用在解剖學上規(guī)定的連接的兩端中繼的動作電位模式，傳遞信息。從神經(jīng)元記錄的傳統(tǒng)方法涉及用玻璃微電極，在直徑約為10～25微米的某點，進入神經(jīng)元的細胞內(nèi)空間，放大細胞內(nèi)部和外部之間的電壓差，并利用記錄設(shè)備記錄放大的信號。關(guān)于涉及進入神經(jīng)元的細胞內(nèi)空間的方法的描述，參見A.L.Hodgkin等的Measurement ofCurent-Voltage Relations in the Membrane of the Giant Axon ofLoligo，J.PHYSIOL.，116，424-448(1952)。訪問(access)多個神經(jīng)元需要使用多個電極，每個電極與一個獨立的放大器和記錄設(shè)備連接。對于從這么小的生物結(jié)構(gòu)記錄的機械約束限制了可同時進行的記錄的接近性和數(shù)目。即使科技進步已擴展了允許記錄大量神經(jīng)元的能力，但是仍然存在約束。目前的技術(shù)局限于只能同時記錄最多100個神經(jīng)元。參見J.D.Kralik等的Techniques for Long-Term MultisiteNeuronal Ensemble Recordings in Behaving Animals，25 METHODS，121-51(2001)。
為了完整表征生物結(jié)構(gòu)，需要從大量細胞進行記錄。這些記錄需要進行離線分析，以便確定時間相關(guān)性，原因和效果相互作用和電位傳遞，以及生物結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的信息處理策略。由于對目前可能的同時記錄的數(shù)目的限制，來自不同實驗，在不同時間關(guān)于不同樣本進行的記錄被組合，以便進行這些離線分析。不同實施例的組合結(jié)果通常會掩蓋研究的實驗標本任意之一的根本動力，于是，導致例如關(guān)于結(jié)構(gòu)的總體功能的不正確結(jié)論。
另一種分子內(nèi)記錄方法涉及光學方法的應(yīng)用，其中借助人工引入的分子內(nèi)熒光團，分子內(nèi)信號被轉(zhuǎn)換成熒光信號。參見D.Smetters等的Detecting Action potentials in Neuronal Populations withCalcium Imaging，18 METHODS 215-221。這些光學方法解決了同時機械進入多個細胞的細胞內(nèi)空間的問題，因為利用顯微視頻記錄，記錄從熒光照射下的細胞發(fā)出的光線。但是，多數(shù)生物組織的光散射效應(yīng)極大，從而當焦平面前進到某一結(jié)構(gòu)內(nèi)僅僅1毫米時，即使采用最先進的顯微技術(shù)收集發(fā)射光，也不能分辨單個細胞。此外，集光設(shè)備的視場和數(shù)值孔徑限制了能夠被成像的結(jié)構(gòu)的大小，從而限制了利用這些方法能夠同時記錄的細胞的數(shù)目。合成了監(jiān)視細胞信號的嵌合熒光蛋白質(zhì)。但是，它們并不能克服上面強調(diào)的差錯。
從細胞記錄信號的另一種方法涉及功能核磁共振成像(fMRI)或正電子放射層析成像(PET)的應(yīng)用。這兩種方法都可從腦組織的極大區(qū)域記錄信號。但是，這些方法的空間分辨率局限于毫米級，并且時間分辨率局限于數(shù)百毫秒。于是，在更小的單一神經(jīng)元尺寸，例如小于0.05毫米，以及更短的動作電位時標(time-scale)，例如約1毫秒的條件下，理論上使用這兩種方法中的任意一種的動作電位的細胞內(nèi)記錄是不可能的。相反，fMRI和PET成像提供的是從幾十萬個相鄰神經(jīng)元獲得平均信號。雖然這些記錄可提供關(guān)于腦功能的大量信息，但是它們不能把腦結(jié)構(gòu)分解到單一神經(jīng)元的水平，從而不能分析這些結(jié)構(gòu)內(nèi)的神經(jīng)計算。
于是需要一種不存在上述及其它限制，從而能夠全面研究生物結(jié)構(gòu)和過程的細胞分析技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供記錄信號的技術(shù)。在本發(fā)明的一個方面，記錄信號的方法包括下述步驟。響應(yīng)所述信號，在聚合物的合成過程中有選擇地引入一個或多個差錯。記錄一個或多個差錯在合成的聚合物中的一次或多次出現(xiàn)。聚合物的合成可包括響應(yīng)所述信號，有選擇地引入一個或多個差錯的聚合物合成酶。
在本發(fā)明的另一方面，分析信號的方法包括下述步驟。從多個來源，同時記錄多個信號。通過響應(yīng)所述多個信號，在聚合物的合成過程中，有選擇地引入一個或多個差錯，并記錄一個或多個差錯在合成聚合物中的一次或多次出現(xiàn)，記錄所述多個信號。比較關(guān)于所述多個來源的一個或多個差錯的一次或多次記錄出現(xiàn)。
參考下述詳細說明和附圖，將更完整地理解本發(fā)明，以及本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點。


圖1圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的實施例，記錄細胞信號的例證技術(shù)。
具體實施例方式
下面將在記錄和分析細胞信號的例證技術(shù)的環(huán)境中說明本發(fā)明。但是，本發(fā)明的教導顯然并不局限于和細胞相關(guān)的信號，相反還意圖包括從其它源，例如非生物源獲得的信號。
圖1圖解說明了記錄細胞信號的例證技術(shù)。如圖1中所示，響應(yīng)細胞信號，在聚合體(polyemer)(本例中為生物聚合物(biopolymer))的合成過程中，可能有選擇地引入差錯。具體地說，在圖1中，存在細胞信號102。細胞信號102可包含表示出特定細胞活動(包括(但不限于)鈣濃度，環(huán)腺苷酸(cAMP)濃度，環(huán)鳥苷酸(cGMP)濃度，電壓，pH和包含前述細胞信號至少之一的任意組合)的任意事件。從而，這里使用的術(shù)語細胞信號涉及細胞活動的任意指示符。從而，細胞信號102可和細胞活動相關(guān)聯(lián)。例如，當細胞信號102包含鈣濃度時，相關(guān)聯(lián)的細胞活動可能是神經(jīng)沖擊(nerve impulse)。在神經(jīng)沖擊期間，當電壓選通鈣通道打開時，鈣濃度升高，這會導致釋放把神經(jīng)沖擊從一個神經(jīng)元傳遞給另一神經(jīng)元的神經(jīng)傳遞質(zhì)。
這里記錄的細胞信號可包括細胞內(nèi)信號、細胞外信號或者這兩者都有。即，這里提供的技術(shù)同樣適用于記錄表示出關(guān)于借助體外介質(zhì)，存在于細胞外，或者獨立存在的信號的關(guān)聯(lián)細胞內(nèi)活動的細胞內(nèi)信號，在所述體外介質(zhì)中，人工提供細胞信號和生物聚合物合成前體(precursor)，如下詳細所述。
合成的生物聚合物，例如生物聚合物104可包含任意生物物質(zhì)，所述生物物質(zhì)包含一系列的子單元，借助常規(guī)的方法，例如排序技術(shù)能夠獲得其組成，并且可控制和監(jiān)視其合成。適當?shù)纳锞酆衔锇ㄉ镂镔|(zhì)，包括(但不限于)脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、DNA衍生物、RNA衍生物、蛋白質(zhì)、碳水化合物和包括前述生物聚合物至少之一的組合物。在一個例證實施例中，生物聚合物104包括DNA。
在圖1中所示的例證實施例中，按照DNA復(fù)制的已知方法，利用模板鏈(template strand)，即生物聚合物106合成生物聚合物104。生物聚合物106也可包含任意生物物質(zhì)，包括(但不限于)DNA、RNA、DNA衍生物、RNA衍生物、蛋白質(zhì)、碳水化合物和包括前述生物聚合物至少之一的組合物。從而，生物聚合物104和生物聚合物106是互補物質(zhì)。但是如圖1中所示，把互補物質(zhì)用于生物聚合物合成，例如復(fù)制或轉(zhuǎn)錄(transcription)，只是一種例證的方法?？衫闷渌阎纳瘷C制合成生物聚合物，所述其它已知的生化機制將規(guī)定生物聚合物中的組成、子單元的順序，導致可預(yù)測的一系列單元。根據(jù)這里的教導，采用的生物聚合物合成方法應(yīng)導致可預(yù)測的一系列子單元，以便能夠確定引入的差錯，如下詳細所述。這些生化機制涉及使用某些前體和代謝途徑組織生物聚合物的合成。
隨后識別在生物聚合物104的合成過程中有選擇地引入的差錯。這里使用的術(shù)語“差錯”(error)指的是在生物聚合物內(nèi)產(chǎn)生的任何未預(yù)料到的子單元(subunit)。根據(jù)已知的生化方法，可預(yù)測生物聚合物中預(yù)期的一系列子單元。這些方法包括一個生物聚合物復(fù)制或轉(zhuǎn)錄成另一生物聚合物，在這種情況下，用模板或互補生物聚合物表示預(yù)期的一系列子單元。其它已知的生化方法能夠在不必存在模板的情況下，根據(jù)預(yù)測的序列，產(chǎn)生預(yù)期的序列，如上所述。
在用互補生物聚合物，例如生物聚合物106表示預(yù)期的一系列子單元的情況下，互補生物聚合物的組成應(yīng)已知或者是可確定的。隨后把合成的生物聚合物104的組成和生物聚合物106的已知或確定的組成進行比較，如下詳細所述。
在例證實施例中，通過使用對細胞信號102敏感的工程化生物聚合物合成酶，例如生物聚合物合成酶108，在生物聚合物104的合成中有選擇地引入差錯。生物聚合物合成酶108可包括任意生物聚合物合成催化劑，包括(但不限于)聚合酶，例如DNA聚合酶或RNA聚合酶。但是，這里使用的術(shù)語“合成酶”適用于催化至少兩個分子的鍵合(linkage)的任意分子。
由于細胞信號102的存在，生物聚合物合成酶108的出錯率增大。例如，當鈣濃度增大時，復(fù)制出錯率增大。當細胞信號102達到飽和時，理想情況下，出錯率應(yīng)接近每個子單元一個差錯。如下所述，在固有的出錯率較低的情況下，合成序列中的差錯可相當肯定地起因于細胞信號102。
在許多身體過程(包括遺傳物質(zhì)的復(fù)制)中，生物聚合物合成酶扮演重要角色。例如，由一種生物聚合物合成酶蛋白質(zhì)，即根據(jù)特定的模板序列構(gòu)成互補DNA鏈段的DNA聚合酶，產(chǎn)生DNA的副本。在一個例證實施例中，合成的生物聚合物是DNA，生物聚合物合成酶是DNA聚合酶。但是，根據(jù)這里的教導，生物聚合物可包括任意適當?shù)倪z傳物質(zhì)，例如RNA，并且生物聚合物合成酶可包括任意適當?shù)纳锞酆衔锖铣擅?，例如RNA聚合酶。
以接近1000個堿基(base)對/秒(bp/sec)的速度合成諸如DNA和RNA之類生物聚合物。在自然復(fù)制過程中，會發(fā)生固有差錯。但是，固有差錯的出現(xiàn)率(固有差錯率)一般很低。固有差錯率通常小于1×10-5差錯/子單元。例如，對T7病毒DNA復(fù)制，差錯率約為1×10-7差錯/子單元，而Escherichia coli和Drosophila melanogaster的出錯率約為1×10-10差錯/子單元。但是，如上所述，利用工程化生物聚合物合成酶，例如生物聚合物合成酶108，在存在細胞信號102的期間，出錯率可接近每個子單元一個錯誤。從而，根據(jù)這里的教導，當細胞信號102不存在時，工程(engineered)生物聚合物合成酶應(yīng)表現(xiàn)出和天然蛋白質(zhì)的固有出錯率接近的出錯率，例如小于1×10-5差錯/子單元。
借助一旦細胞信號102的數(shù)量被降低或者不存在細胞信號102，則允許返回固有出錯率的任意適當機制，響應(yīng)細胞信號102，可增大生物聚合物合成酶108的出錯率。在一個例證實施例中，細胞信號102的存在在生物聚合物合成酶108中引起結(jié)構(gòu)變化。這種結(jié)構(gòu)變化導致生物聚合物合成酶108越來越多地在位于生物聚合物鏈中的可定位位置的合成生物聚合物內(nèi)放置不正確的子單元。
在生物聚合物合成酶108包含DNA聚合酶，生物聚合物104包含DNA的例證實施例中，不正確的子單元表示和互補鏈段，即生物聚合物106上相同位置的核苷酸堿基不互補的核苷酸堿基。例如如圖1中所示，來自鏈段的5′端的生物聚合物106具有頭三個核苷酸堿基腺嘌呤(A)，腺嘌呤和胸腺嘧啶(T)。來自鏈段的5′端的生物聚合物104具有頭三個核苷酸堿基胸腺嘧啶、胸腺嘧啶和胞嘧啶(C)。雖然腺嘌呤和胸腺嘧啶是互補的核苷酸堿基對，但是胸腺嘧啶和胞嘧啶不是。從而，認為生物聚合物104中胞嘧啶的不正確核苷酸堿基成對是響應(yīng)細胞信號102而來的。
從而例如，如果細胞信號102包含鈣濃度，則在神經(jīng)沖擊期間，鈣濃度將升高，生物聚合物合成酶108將經(jīng)歷短暫的結(jié)構(gòu)變化，復(fù)制期間的出錯率將升高。通過利用典型的蛋白質(zhì)工程技術(shù)，把鈣結(jié)合在人工引入DNA聚合酶蛋白質(zhì)中的鈣結(jié)合域(binding domain)中，產(chǎn)生這種結(jié)構(gòu)變化。當結(jié)合鈣時，改性蛋白質(zhì)經(jīng)歷使DNA聚合酶的ε(epsilon)子單元無活性的結(jié)構(gòu)變化，DNA聚合酶的ε子單元通常負責3′～5′核酸外切酶活性和DNA聚合酶的正常能力，以便“校正”復(fù)制的DNA。由于DNA聚合酶的第二聚合子單元未受結(jié)構(gòu)變化(conformational change)的影響，將以正常速度繼續(xù)進行復(fù)制。ε子單元不再切除和校正由聚合子單元引入的差錯，因為鈣誘發(fā)的結(jié)構(gòu)變化已使ε子單元無活性。
從而，在鈣濃度升高的情況下，無論何時進行復(fù)制，改性DNA聚合酶，例如生物聚合物合成酶108的有效出錯率，從而在DNA的新合成鏈段中觀察到的出錯率將較高。當鈣濃度降低時，鈣結(jié)合域不再結(jié)合鈣，改性(modified)DNA聚合酶返回其先前的結(jié)構(gòu)，DNA聚合酶的ε子單元的校正功能被恢復(fù)，恢復(fù)固有出錯率。
可在例如Tsien等的美國專利6469154，“Fluorescent ProteinIndicators”，Tsien等的美國專利6403374，“Long WavelengthEngineered Fluorescent Proteins”，Tsien等的美國專利6349160，“Detector and Screening Device for Ion Channels”，Tsien等的美國專利6342379，“Detectiransmembrane Potentials by Optical Methods”，Tsien等的美國專利6319669，“Modified Green Fluorescent Proteins”，Tsien等的美國專利6248550，“Assays for protein kinases usingfluorescent protein substrates”，Tsien等的美國專利6197928，“Fluorescent Protein Sensors for Detectionalytes”，Tsien等的美國專利6180411，“Light-Triggered Indicators That MemorizenalyteConcentrations”，Tsien等的美國專利6150176，“Fluorescent ProteinSensors for Measuring the pH of a Biological Sample”，Tsien等的美國專利6140132，“Fluorescent Protein Sensors for Measuring the pHof a Biological Sa”，Tsien等的美國專利6124128，“Long WavelengthEngineered Fluorescent Proteins”，Tsien等的美國專利6107066，“Detection ransmembrane Potentials by Optical Methods”，Tsien等的美國專利6077707，“Long Wavelength Engineered FluorescentProteins”，Tsien等的美國專利6066476，“Modified GreluorescentProteins”，Tsien等的美國專利6054321，“Long WavelengthEngineered Fluorescent Proteins”，Tsien等的美國專利6054271，“Methods of Using Synthetic Molecules and Targequences”，Tsien等的美國專利6046925，“Photochromic Fluorescent Proteins and OpticalMemory Storage，Devices Based on Fluorescent Proteins”，Tsien等的美國專利6008378，“Syntheticolecules That Specifically React WithTarget Sequences”，Tsien等的美國專利5998204，“Fluorescent ProteinSensors for Detection of Analyt”，Tsien等的美國專利5981200，“Tandem Fluorescent Protein Constructs”，Tsien等的美國專利5948906，“Fluorescent Indicator Dyes for Alkali Metations”，Tsien等的美國專利5925558，“Assays for Proteininases Using FluorescentProtein Substrates”，Tsien等的美國專利5912137，“Assays for ProteinKinases Using Fluorescent Protein Substrates”中找到能夠改變結(jié)構(gòu)，并把細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)換成可記錄信號，例如熒光信號的工程化蛋白質(zhì)的例子，這些專利的公開內(nèi)容作為參考包含于此。這些專利中提供的工程化蛋白質(zhì)提供基于auorescence的分析。
在一個例證實施例中，在體內(nèi)，例如在鼠科動物中，即具有包含DNA聚合酶的生物聚合物合成酶108和包含DNA的生物聚合物104的試驗鼠中進行這里提供的技術(shù)。生物聚合物106和生物聚合物合成酶108被引入老鼠宿主(host)(下面稱為“宿主”)體內(nèi)?？衫萌我膺m當?shù)囊阎夹g(shù)把生物聚合物106和生物聚合物合成酶108引入宿主體內(nèi)，所述已知技術(shù)包括(但不限于)病毒性感染，直接注入細胞，已包含生物聚合物106和生物聚合物合成酶108的基因轉(zhuǎn)移宿主的使用，和包括前面介紹的至少一種技術(shù)的組合。
來自多個細胞的多個細胞信號可被同時記錄。為了實現(xiàn)使細胞信號102和在生物聚合物104中引入的差錯相互關(guān)聯(lián)的準確時間確定，最好控制生物聚合物104的合成。具體地說，能夠控制生物聚合物104的合成何時開始，何時結(jié)束將產(chǎn)生其間發(fā)生細胞信號102并引入差錯的時期的準確瞬像(snapshot)。在一個例證實施例中，生物聚合物合成酶108以無活性形式被引入宿主體內(nèi)。當需要時，可激活生物聚合物合成酶108，以便開始生物聚合物106的復(fù)制。具體地說，可利用輸入宿主體內(nèi)的藥物，一些適當?shù)耐獠坑绊?包括(但不限于)熱沖擊)或者包含前述至少一種激活技術(shù)的任意組合，有選擇地激活生物聚合物合成酶108。
可利用一些刺激引起細胞信號102和/或相關(guān)聯(lián)的細胞活動。例證的刺激包括對宿主受到的外部刺激，包括(但不限于)視覺刺激，聽覺刺激和包含至少一種前述刺激的組合。當細胞信號102和包含神經(jīng)沖擊的細胞活動相關(guān)聯(lián)時，這些刺激最適用?？衫锰囟ǖ乃幬锎碳に拗鳈C體。這種藥物輸入方法適合于檢查特定藥物治療的全身效果。
如圖1中所示，還記錄生物聚合物的合成過程中差錯的出現(xiàn)。圖1中，相對于細胞信號102、生物聚合物106和生物聚合物104表示出錯率110。從出錯率110可看出，當遇到每個細胞信號102，并且在合成的生物聚合物104中出現(xiàn)隨后的不正確子單元，例如核苷酸堿基時，出錯率增大。一旦特定的細胞信號不再存在，則出錯率110下降，直到遇到另一細胞信號102為止。
如圖1中所示，生物聚合物104的合成和相關(guān)出錯率110被表示成時間的函數(shù)。如前強調(diào)的那樣，以約1000bp/sec的速度發(fā)生DNA復(fù)制。從而，這里的技術(shù)可包括例如由被復(fù)制基因組(genome)的大小規(guī)定的持續(xù)時間。例如，如果生物聚合物106是40000堿基對T7病毒基因組，則實驗階段不應(yīng)超過40秒。但是，當使用的基因組的大小增大時，實驗階段的持續(xù)時間也增大。
為了記錄在生物聚合物104的合成中出現(xiàn)的差錯，一旦達到實驗階段的預(yù)定持續(xù)時間，就犧牲宿主并快速固定組織。犧牲宿主終止生物聚合物106的進一步復(fù)制。固定步驟是使合成的生物聚合物104保存在穩(wěn)定狀態(tài)所必需的。隨后解剖宿主的細胞組織并編制目錄。在該階段確定技術(shù)的空間分辨率。如果采用恰當?shù)慕馄屎腿』胤椒ǎ缂す獠东@微觀解剖(參見M.R.Emmert-Buck等的Laser CaptureMicrodissection，274 SCIENCE 5289，998-1001(1996))，則空間分辨率易于減小到單細胞分辨率。
隨后可根據(jù)指示從何處獲得每個細胞的物理坐標，對每個細胞編制目錄。包括細胞類型的其它信息也可用于對細胞編制目錄。
從細胞抽取每個合成的生物聚合物104，并對其獨立排序。隨后把每個生物聚合物104的組成與如上所述確定的預(yù)定組成進行比較。例如，如圖1中所示，每個生物聚合物104的組成可與每個互補的生物聚合物106的序列進行比較。識別并且隨后分析在生物聚合物104的合成中引入的差錯?？煞治錾锞酆衔?04中的差錯，以使每個差錯與可能誘發(fā)這種差錯的細胞信號102相關(guān)聯(lián)。具有受控的實驗持續(xù)時間，例如固定的開始點和終止點，以及已知的生物聚合物合成速度便于準確地實現(xiàn)這種關(guān)聯(lián)。圖1表示了這種關(guān)聯(lián)如何可被用于使細胞信號102和細胞活動相關(guān)聯(lián)。使細胞信號102和細胞活動相關(guān)聯(lián)便于相對于彼此以及相對于這種細胞的整個系統(tǒng)分析細胞的活動。在該例證實施例中，細胞活動是神經(jīng)沖擊。神經(jīng)沖擊通常用神經(jīng)元或神經(jīng)細胞的細胞膜兩端的電壓波動來表征。如前所述，鈣濃度可信號表示神經(jīng)沖擊。利用圖1中提供的信息，即細胞信號102的每個實例出現(xiàn)的時間和生物聚合物104合成過程中的出錯率110，能夠再現(xiàn)初始的細胞活動，例如神經(jīng)沖擊112。
根據(jù)這里的教導，可利用任何常規(guī)技術(shù)識別和分析在生物聚合物104的合成過程中引入的差錯。在一個例證實施例中，利用對觀察到的子單元序列起作用，并將其和預(yù)測的子單元序列進行比較的計算機算法，檢測差錯。觀察到的序列中的預(yù)測子單元被該算法記錄為0，意料之外的子單元被記錄為1。隨后該算法進一步處理記錄的0和1的序列，所述算法可對所述序列應(yīng)用濾波(filter)，以便重構(gòu)初始的細胞信號。該濾波可選自一組常見濾波(例如高斯濾波)，或者可被計算并提供給所述算法，以便最佳地重構(gòu)細胞信號。隨后第二計算機算法比較多個重構(gòu)細胞信號，所述第二計算機算法進行相關(guān)性分析，以便分析存在于記錄的多個細胞之間的因果互作用和/或網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)。相對于從其記錄細胞信號的細胞的編目位置，第二計算機算法顯示相關(guān)性、因果互作用和/或網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)。按照這種方式，可構(gòu)成空間-時間相關(guān)圖。
如前強調(diào)的那樣，雖然這里提供的技術(shù)以利用體內(nèi)樣本的實驗過程為目標，不過該技術(shù)顯然同樣適用于體外實驗。在一個例證實施例中，生物聚合物106和生物聚合物合成酶108被引入包含合成生物聚合物104所需前體的適當介質(zhì)中。有選擇地輸入和/或消除細胞信號102，并記錄生物聚合物104的合成過程中的出錯率110。
如上所述，術(shù)語信號還可包括從非生物來源得到的信號。在一個例證實施例中，記錄的信號可以是例如來自化學反應(yīng)的化學信號。涉及化學反應(yīng)的生產(chǎn)過程通常產(chǎn)生化學流出物。這種化學流出物的存在可用于在聚合物的合成過程中有選擇地引入差錯。從而，根據(jù)這里提供的技術(shù)，這種化學流出物是可記錄并且可分析的信號。
雖然這里說明了本發(fā)明的例證實施例，但是本發(fā)明顯然并不局限于這些具體實施例，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠做出各種其它變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種記錄信號的方法，所述方法包括響應(yīng)所述信號，在聚合物的合成過程中有選擇地引入一個或多個差錯；和記錄一個或多個差錯在合成的聚合物中的一次或多次出現(xiàn)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述信號是細胞信號。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合物包含生物聚合物。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中所述信號選自包含鈣濃度、環(huán)AMP濃度、環(huán)GMP濃度、電壓、pH的組以及包含前述信號至少之一的組合。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合物的合成包括響應(yīng)所述信號，能夠有選擇地引入一個或多個差錯的聚合物合成酶。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合物的合成包括響應(yīng)所述信號，能夠有選擇地引入一個或多個差錯的聚合酶。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合物的合成包括能夠響應(yīng)所述信號，有選擇地引入一個或多個差錯的脫氧核糖核酸聚合酶。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中信號與細胞活動相關(guān)聯(lián)。
9.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中信號與神經(jīng)沖擊相關(guān)聯(lián)。
10.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合物選自包含脫氧核糖核酸、核糖核酸、脫氧核糖核酸衍生物、核糖核酸衍生物、蛋白質(zhì)、碳水化合物的組以及包括前述聚合物至少之一的組合。
11.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合物合成過程中的固有出錯率小于或等于約1×10-5差錯/子單元。
12.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合物合成以已知速度進行。
13.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中在體外進行信號記錄。
14.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中在體內(nèi)進行信號記錄。
15.按照權(quán)利要求5所述的方法，其中聚合物合成酶可通過信號誘發(fā)的結(jié)構(gòu)變化，有選擇地引入一個或多個差錯。
16.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中記錄步驟還包括比較合成聚合物的實際組成和聚合物的預(yù)測組成的步驟。
17.按照權(quán)利要求16所述的方法，其中預(yù)測組成來源于互補聚合物。
18.按照權(quán)利要求1所述的方法，還包括提供誘發(fā)信號的刺激的步驟。
19.一種分析信號的方法，所述方法包括利用下述步驟同時從多個源記錄多個信號響應(yīng)所述多個信號，在聚合物的合成過程中，有選擇地引入一個或多個差錯；記錄一個或多個差錯在合成聚合物中的一次或多次出現(xiàn)；和比較關(guān)于所述多個源的一個或多個差錯的一次或多次記錄出現(xiàn)。
20.按照權(quán)利要求19所述的方法，其中所述多個源包括一個或多個細胞。
21.按照權(quán)利要求19所述的方法，其中所述多個信號選自包含鈣濃度，環(huán)AMP濃度，環(huán)GMP濃度，電壓，pH的組以及包含前述信號至少之一的組合。
22.按照權(quán)利要求19所述的方法，其中聚合物的合成包含能夠響應(yīng)所述多個信號，有選擇地引入一個或多個差錯的至少一個聚合物合成酶。
23.按照權(quán)利要求19所述的方法，其中所述多個信號與一種或多種細胞活動相關(guān)。
24.按照權(quán)利要求19所述的方法，其中所述多個信號與神經(jīng)沖擊相關(guān)。
25.按照權(quán)利要求19所述的方法，其中聚合物選自包含脫氧核糖核酸、核糖核酸、脫氧核糖核酸衍生物、核糖核酸衍生物、蛋白質(zhì)、碳水化合物的組以及包括前述聚合物至少之一的組合。
26.按照權(quán)利要求19所述的方法，其中聚合物合成過程中的固有出錯率小于或等于約1×10-5差錯/子單元。
27.按照權(quán)利要求19所述的方法，其中聚合物合成以已知速度進行。
28.按照權(quán)利要求22所述的方法，其中所述至少一種聚合物合成酶可通過所述多個信號誘發(fā)的結(jié)構(gòu)變化，有選擇地引入一個或多個差錯。
29.按照權(quán)利要求19所述的方法，其中記錄步驟還包括下述步驟比較合成聚合物的組成和聚合物的預(yù)測組成；識別合成聚合物中的一個或多個差錯；和分析所述一個或多個差錯。
30.按照權(quán)利要求29所述的方法，其中預(yù)測的組成來源于互補聚合物。
全文摘要
本發(fā)明提供記錄信號的技術(shù)。在本發(fā)明的一個方面，記錄信號的方法包括下述步驟。響應(yīng)所述信號，在聚合物的合成過程中有選擇地引入一個或多個差錯。記錄一個或多個差錯在合成的聚合物中的一次或多次出現(xiàn)。聚合物的合成可包括響應(yīng)所述信號，有選擇地引入一個或多個差錯的聚合物合成酶。還提供一種分析信號的方法。
文檔編號G01N33/50GK1580771SQ20041005643
公開日2005年2月16日 申請日期2004年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月13日
發(fā)明者詹姆斯·R·科茲洛斯基 申請人:國際商業(yè)機器公司