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來自莫斯科的研究人員培育出一種深紅色的熒光蛋白質,這種蛋白質發出的光穿透性極強,即使蛋白質位於小動物體內深處,其發出的光也可以穿透生物體被外界看到,這使生物學家能夠更方便地監視活生物體的發病和康復過程,而不用侵入式地進行研究。這一最新研究成果公布在《Nature Methods》在線版上。

1 熒光蛋白 -名詞解釋

  來自莫斯科的研究人員培育出一種深紅色的熒光蛋白質,這種蛋白質發出的光穿透性極強,即使蛋白質位於小動物體內深處,其發出的光也可以穿透生物體被外界看到,這使生物學家能夠更方便地監視活生物體的發病和康復過程,而不用侵入式地進行研究。這一最新研究成果公布在《Nature Methods》在線版上。

2 熒光蛋白 -簡介

  熒光蛋白在某種定義下可以說是革新了生物學研究——運用熒光蛋白可以觀測到細胞的活動,可以標記表達蛋白,可以進行深入的蛋白質組學實驗等等。特別是在癌症研究的過程中,由於熒光蛋白的出現使得科學家們能夠觀測到腫瘤細胞的具體活動,比如腫瘤細胞的成長、入侵、轉移和新生。

3 熒光蛋白 -發展簡史

  最早出現的綠色熒光蛋白(green fluorescent protein,GFP)是由下村修等人在1962年在一種學名Aequorea victoria的水母中發現,之後又在海洋珊瑚蟲中分離得到了第二種GFP。其中水母GFP是由238氨基酸組成的單體蛋白質,分子量約27KD,GFP熒光的產生主要是在氧氣存在下,分子內第67位的甘氨酸的醯胺對第65位絲氨酸的羧基的親核攻擊形成第5位碳原子咪唑基,第66位酪氨酸的α-2β鍵脫氫反應之後,導致芳香團與咪唑基結合,這樣GFP分子中就形成對羧基苯甲酸唑環酮生色團發出熒光。在搞清楚了這一原理后,GFP被廣泛的應用到生物學研究種了,各個廠家如Promega公司、Stratagene公司(包括來自香港中文大學的橙色蛋白製備技術)、Clontech公司(現屬Takara公司)等都出產了相應的產品。

  但此前穿透性最強的熒光蛋白質也不能幫助研究者看到活體生物體皮下更深層的狀況。現在,隨著俄羅斯科學院的Dmitriy Chudakov最近培育出穿透性極強的深紅色熒光蛋白質,利用熒光蛋白質進行的生物研究領域將出現重大突破。

4 熒光蛋白 -原理

  Chudakov是抓住一個偶然的機會從而培育出這種穿透性超強的深紅色熒光蛋白質的。他的一個同事在逛莫斯科寵物商店時發現了一隻顏色深紅的海葵,出於職業的直覺,他將海葵帶了回來;然後,他們對海葵的熒光蛋白質分子進行誘變,最終得到了一種能夠在生物體內穩定存在,同時能發出更明亮紅光的蛋白質。Chudakov已在人體細胞和青蛙身上測試了這種新的熒光蛋白質。在動物實驗中,他發現從外界就可以明顯看到這種深紅色熒光蛋白質從小動物肌肉組織深處發出的亮光,而同種處於肌肉組織深處的一般熒光蛋白質發出的光則幾乎看不見,Chudakov準備下一步在白鼠身上實驗這種熒光蛋白質。

  斯坦福大學分子影象中心的科學家Zhen Cheng對這項發現評價道:「紅色光對生物體組織的穿透性遠勝於其他顏色,正因為此,目前有很多科研人員都在努力培育具有高穩定性的紅色熒光蛋白質,但截至目前尚沒有哪一個比Chudakov培育出的熒光蛋白質更穩定、更明亮,Chudakov培育出的這種深紅色熒光蛋白質將大大提高生物體活體成像的質量,並在實時追蹤活生物體內深層組織的分子活動上得到廣泛的應用」。

  同一般熒光蛋白質相比,這種深紅色熒光蛋白質能釋放出波長更長的光,因而能更好地用於活體動物內髒的深度成像,從而有助於研究人員在活生物體身上非侵入式地進行癌細胞發展和治療過程的實時研究,使我們對癌症等疾病的發病過程有更深入的了解。而一般熒光蛋白質由於穿透性比較弱,研究人員研究時不得不將腫瘤移植到皮下淺層或其他模擬環境下(如活體解剖成像或活體組織切片成像)進行研究。此前最為成功的熒光蛋白質是一種增強的綠色熒光蛋白質,但其穩定性差,光的穿透性也不如新發現的深紅色熒光蛋白質好。

5 熒光蛋白 -應用領域

  Cheng還預測道,深紅色熒光蛋白質可能最終會用於臨床治療。儘管深紅色熒光蛋白質的光不足以對整個人體進行成像,但可能應用於對人體皮下相對淺層腫瘤的成像,如黑色素瘤和乳腺癌。
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