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     时间:2021-01-26 18:05:11  来源:

    研究人员发现了荧光蛋白如何改变颜色的新机制。它可以在活生物体的三维环境中对单个细胞进行微观可视化。

    位于巴塞尔的苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系的研究人员开发了一种新的显微镜技术,该技术首次能够选择性地可视化活生物体复杂的三维组织中的单个细胞。因此,研究人员成功地捕获了壮观的显微图像,例如在斑马鱼幼虫的神经系统中,斑马鱼幼虫是研究的首选模型生物。可以在研究人员的图像中看到脊髓中的运动神经元;同时,具有所有延伸的单个神经元会以另一种颜色突出显示。

    ETH教授Periklis Pantazis小组的博士后William Dempsey的观察导致了新的应用。他使用一类特殊的荧光蛋白(见方框)工作,当用特定波长的激光照射时,它们会改变颜色。一种这样的“变色龙蛋白”称为Dendra 2,当用蓝光照射时通常发出绿光。但是,当被强烈的紫色或紫外线(UV)激光照射时,Dendra 2的发射会变成红色。

    两激光组合

    Dempsey和Pantazis特别发现,当同时用蓝色和红色激光照射Dendra 2时,蛋白质的颜色也可以变为红色。对于这种双色照明,低强度的激光就足够了。与高强度的紫色或紫外线(UV)辐射相反,它不会损坏活细胞。

    ETH教授潘塔兹(Pantazis)和他的同事随后对如何在光学显微镜中应用这一发现有了一个想法。荧光蛋白可用于使整个细胞,精确的细胞结构或单个分子可见。ETH研究人员的发现首次允许以一种颜色突出显示位于活生物体所需部分内的单个细胞或分子组,而所有其他细胞或分子仍以另一种颜色可见。

    专注于一点

    研究小组表明,单独使用时,两种不同的激光束不能改变变色龙蛋白的颜色。但是,当将两个光束组合并对准以使其在物体上的某个点相遇时,焦点上的蛋白质就会改变颜色。相反,两个激光未同时激活的蛋白质保留其原始颜色。

    研究人员开发了一种简单且便宜的滤色镜,可与许多生物医学研究机构中的常规共聚焦激光显微镜一起使用。当安装在激光源和物体之间时,滤光片将激光分为单独的蓝光束和红光束,这些光束被射向物体上的小焦点。

    检验动态过程

    对于透明的斑马鱼幼虫,因此非常适合显微镜检查,ETH研究人员使用了Dendra 2为神经元着色。然后,他们将组合的激光束的焦点聚焦在麻醉的活斑马鱼中单个神经元的细胞体上。局部的Dendra 2分子变成红色,分布在整个细胞中,并染色了细胞延伸部分。所有其他细胞,即使紧邻目标细胞,也保持绿色。

    根据潘塔兹的说法,使单个神经元可见的能力可能非常重要,例如,在大脑的精确映射中。由于该方法适用于活生物体中的单个细胞靶向,因此它也可以用于检查动态过程。例如,当研究人员用活性药物成分处理生物时,单个细胞或一组分子会发生什么。胚胎发育也可以更详细地检查。Pantazis解释说:“我们的方法允许以优雅的方式进行三维分析。”“这是一个很好的例子,说明了如何从基础研究中得出结果并将其用于为技术难题提供解决方案。”Pantazis希望该技术将来在生物医学研究中得到更广泛的应用,并正在与显微镜制造商进行谈判以实施该技术。

    荧光蛋白

    荧光蛋白在生物医学研究中起着关键作用。研究人员使用这些蛋白质为细胞结构或特定分子着色,以使其在显微镜下可见。在自然界中,这些蛋白质存在于某些种类的水母和珊瑚中。随着时间的推移,研究人员已经创建了一种荧光蛋白的彩虹色调色板,该蛋白在可见光谱范围内发光。结果,使用具有不同颜色发射的荧光蛋白可以使不同的细胞结构同时可见。此外,某些荧光蛋白,例如本研究中使用的Dendra 2蛋白,在用一定波长的光照射后会改变其颜色。

     

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