合成生物学新工具光稳定性高出10倍以

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在合成生物学领域中,荧光蛋白,一直都是极其常见的元件工具。

一方面,是在工程化的研究和改造上,它是被研究人员所广泛使用的示踪成像手段;而另一方面,在应用端,尤其是在检测诊断的设计上,它则是常常作为信号放大输出的模块化元件,被放置于基因电路的末端。

这一类设计,在合成生物学开创者JamesCollins所构建的“合成基因回路”中,我们便经常能够看到。典型的研究就有如年发表在Cell上的那篇论文,在其所构建的基因电路中,便使用到了多种荧光蛋白,用以作为输出信号。

基于试纸的合成基因网络(来源:Cell)

然而,虽然使用广泛,但是荧光蛋白在实际运用和推广上,却是存在着极其明显的弊端。

长期以来,与化学荧光材料相比,荧光蛋白在“光漂白”的问题上,一直备受诟病。光漂白,通常也被称为褪色,其是一种在光子激发作用下,荧光蛋白发生不可逆的破坏,从而彻底失去荧光功能的现象。

虽然目前有着许多亮绿色荧光蛋白,但是荧光亮度与光稳定性之间,存在明显的反比关系。因此,为了减少光漂白现象的发生,研究人员不得不在设计考虑上进行平衡和折中,比如减少曝光程度,在荧光亮度上进行让步。

年4月25日,来自RIKEN高级光子学中心和北里大学的研究人员则报道了这一方向上的新进展:一种具有前所未有光稳定性的亮绿色荧光蛋白,该项研究成果发表在了NatureBiotechnology上,并获得了同行和当刊编辑的推荐。

一种高度光稳定的亮绿色荧光蛋白(来源:NatureBiotechnology)

在这项研究当中,这种高度光稳定性的亮绿色荧光蛋白被称作StayGold,是研究人员在从发光水母Cytaeisuchidae发现野生型荧光蛋白之后,以其为基础加之诱变改造所得到的产物。

研究表明,这类新的荧光蛋白的光稳定性比目前任何可用的荧光蛋白的光稳定性都要高出一个数量级(10倍以上)。同时,该类蛋白的荧光亮度,也超过了目前常见的几类亮绿色荧光蛋白,包括了最常用的AequoreaGFP变体EGFP。

“我们规避了需要在亮度与光稳定性所进行的权衡,开发出了具有出色的光稳定性和出色亮度的StayGold。”在报道中,研究人员这样写道:“然而,要详细了解StayGold的机制,以及为什么它对光化学降解如此不敏感,还将需要确定蛋白质的结构。而这些研究目前正在进行当中。”

StayGold光稳定性比其他荧光蛋白高出一个数量级(来源:NatureBiotechnology)

在研究人员的介绍当中,StayGold技术还需要进一步地开发和推广。而关于未来的工作,其中尤为重要一项,便是对于单体StayGold(mStayGold)的开发。

这是由于当前的这类荧光StayGold,是以二聚体的形式所存在,而二聚体所拥有的性质,可能会限制荧光蛋白在膜蛋白标记和蛋白质融合上的应用。因此,要推广StayGold技术进一步得到应用,便需要开发出具有融合稳定性的单体荧光蛋白。

“对此,我们正在通过随机和合理的诱变,对其进行定向进化。”研究人员这样介绍道。

据悉,新荧光蛋白StayGold在GenBank数据库中的登录号为LC,基因全长bp。

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