俄科学家用珊瑚荧光物标识蛋白质

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中国科技信息网Chinainfo  
      据Physorg网站2006年3月19日报道，一系列海洋珊瑚放射出来的特殊光芒给俄罗斯科学家提供了很大帮助，使他们能够标识出发光的蛋白质，并创建出一个微小的能作用于可见光的荧光标签。当单个的蛋白质在活细胞内部快速运动时，这种双色标签能够帮助科学家追溯它们的行踪。

      这种双色标签被称为Dendra，该词来源于珊瑚海鸡冠（Dendronephthya）。在显微镜下，我们可以观测到这种双色标签首先发出绿色的光芒，并标识其附着的肉眼看不见的蛋白质。当标签受到可见的蓝光脉冲时，绿色光芒就变成了红色。康斯坦汀－路克雅诺夫表示，这种色彩的改变“使我们有可能用一道光线精确地标识一样实体，如一个细胞、一个细胞器官或一个蛋白质，然后实时跟踪它的行程”。他在他哥哥涩尔盖－路克雅诺夫的实验室里完成了这项Dendra实验。涩尔盖是莫斯科俄罗斯科学院沙雅金－沃奇尼科夫生物有机化学研究所的一名国际研究学者。康斯坦汀说：“这项新工具为我们研究活细胞内的蛋白质和细胞器官动力、胚胎形成过程中细胞的运动、发炎，以及其他一些病态的或正常的过程提供了可能性。”

      康斯坦汀向人们解释，Dendra和其他绿转红荧光标记物不同，它能被可见的蓝光激活，而这种蓝光对活细胞产生的伤害较小，并且不需要特殊的激光仪器。涩尔盖认为，事实上，用观察活细胞时常用的激光扫描共焦显微镜所放射的光就能够激活这种标签，这样就能使这个新工具帮助更多的科学家了。研究成果刊登于2006年四月出版的《自然》生物技术版和3月19日的网络版杂志上。

      更重要的是，在不妨碍蛋白折叠和功能的前提下，Dendra已经显得很小足以标识出蛋白质。研究人员也已经演示，它能随着鸟类和哺乳动物的体温变化而改变深浅，而鸟类和哺乳动物都是研究人员通常使用的研究模型。另外，科学家还发现，它能在长期的蛋白质追踪过程中保持红色，这更进一步展示了它的巨大作用。

      道格拉斯－普拉榭在1992年从一种发光水母体内分离出了绿色荧光蛋白质（GFP）的基因。随后马汀－查尔非在1994年首次将GFP用于标识物体。从那以后，研究员罗杰－谢开发了一系列高效能GFP的突变体。美国康乃狄克学院的计算化学家、《发光的基因：生物技术的一次革命》（2005年）一文的作者玛克－切莫说，Dendra其实是日益发展着的光电激活荧光蛋白质（PAFPs）大家庭中的一个新成员，光电激活荧光蛋白质将会成为一种创新的图像显示工具。

      切莫认为，路克雅诺夫第一次在珊瑚中发现跟GFP类似的蛋白质时，荧光蛋白质应用领域的一个主要突破就随之产生。在此之前，没有人想到过要在珊瑚中寻找跟GFP类似的蛋白质，因为珊瑚并不像萤火虫和水母那样能在黑暗中发光。珊瑚本身所具有的绿色和红色荧光蛋白质只有在被更高强度的光激活时才能发出光芒。而新的发现将帮助科学家在更多的非生物发光体或甚至是非荧光海洋生物体上找到了许多新的GFP类似蛋白质。

      同时，涩尔盖和其他研究人员还发现，光的某些特定波长能引起一些蛋白质强烈的视觉变化，它们能够从不发光变成发光，或改变颜色。之后，他们发现从海珊瑚中分离出来的这些类似于GFP的蛋白质有这种改变颜色的能力，但是对于许多研究应用来说，这种蛋白质太大了。于是，路克雅诺夫兄弟和他们的同事们开始了创造一种更小的有更多功能的荧光蛋白质。他们对编码荧光蛋白质的DNA序列进行了系统变异，然后在细菌中表达这些变异的蛋白质，直到发现一种能够不可逆地从绿色变为红色的蛋白质。

      与GFP类似，Dendra的基因序列以及一条附着的短小氨基酸尾巴能够被插入科学家想要研究的蛋白质的编码基因中。在活细胞内，这条荧光尾巴是随着蛋白质被产生出来的，对于想要研究主要蛋白质功能和行踪的研究人员来说，这条尾巴就像一个灯塔一样。为了测试这种新标签在标识和追踪目标蛋白质方面做得有多好，研究小组将Dendra与蛋白质熔合在一起，形成了包括肌动蛋白和微管蛋白细丝的细胞支架，并发现了细胞内蛋白质分布的预期模式。

      Dendra属于一个绿转红光电激活荧光蛋白质的小家族。这个家族中的第一个成员蛋白质Kaede（日语中枫叶的意思）是由日本科学家宫肋敦史在四年前发现的。康斯坦汀说道：“所有已知的类似于Kaede的蛋白质都对紫外线辐射很敏感，在这种情况下它们会立刻从绿色转变成红色，但是它们对蓝光却不敏感。”所以研究人员本来并没有期望Dendra能够被低毒性可见光激活。“当我们观察到Dendra在强烈的蓝光照射下发生了明显的图像转变时，我们简直不敢相信这是真的。”康斯坦汀说，“我们至今还不能解释为什么Dendra会不同于其他类似于Kaede的荧光蛋白质。”

      涩尔盖－路克雅诺夫指出，激活许多PAFPs的紫外线会对细胞产生毒性，甚至能剧烈地改变它们的生物化学性质。此外，放射紫外线的仪器非常昂贵而且稀少。涩尔盖表示，“我们期望Dendra将大大地拓展光电激活荧光蛋白质（PAFPs）的应用领域。”