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可自主发光的荧光蛋白让癌细胞现形

Luminescent proteins for high-speed single-cell and whole-body imaging

大阪大学教授永井健治领导的研究小组日前研发出一种可自主发光的蛋白,植入这种蛋白的癌细胞在实验鼠体内肉眼可见,这种发光蛋白未来或可应用到癌症的早期诊断中。该研究12月11日发表在《自然·通讯》杂志网络版上。

研究人员将一种水母的发光蛋白与荧光蛋白相结合,研发出一种可自主发出明亮光线的新型蛋白。将含有这种蛋白的癌细胞移植到实验鼠体内,观测其在暗箱中的运动情况,可肉眼辨认出明显发光的癌细胞。

绿色荧光蛋白是当代生物学的重要“标识”工具,2008年,日本科学家下村修、美国科学家马丁·沙尔菲和美籍华裔科学家钱永健因在发现和研究绿色荧光蛋白方面做出贡献而分享今年的诺贝尔化学奖。不过此前的绿色荧光蛋白必须用紫外线照射才能发光,而这种新蛋白可自主发出亮光,有望在早期癌症诊断中发挥作用。

下村修出生于日本京都府,1960年获得名古屋大学理学博士学位后赴美,先后在美国普林斯顿大学、波士顿大学和伍兹霍尔海洋生物实验所工作。他1962年从一种水母中发现了荧光蛋白,被誉为生物发光研究第一人。

马丁·沙尔菲现年61岁,美国哥伦比亚大学生物学教授,他获奖的主要贡献在于向人们展示了绿色荧光蛋白作为发光的遗传标签的作用,这一技术被广泛运用于生理学和医学等领域。诺贝尔奖评审委员会说,这种蛋白已经成为同时代生物科学研究最重要的工具之一。

钱永健1952年出生于美国纽约,现为美国加州大学圣迭戈分校生物化学及化学系教授、美国国家科学院院士、国家医学院院士,2004年沃尔夫奖医学奖得主。钱永健的主要贡献在于利用水母发出绿光的化学物来追查实验室内进行的生物反应,他被认为是这方面的公认先驱。

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Luminescent proteins for high-speed single-cell and whole-body imaging

The use of fluorescent proteins has revolutionized our understanding of biological processes. However, the requirement for external illumination precludes their universal application to the study of biological processes in all tissues. Although light can be created by chemiluminescence, light emission from existing chemiluminescent probes is too weak to use this imaging modality in situations when fluorescence cannot be used. Here we report the development of the brightest luminescent protein to date, Nano-lantern, which is a chimera of enhanced Renilla luciferase and Venus, a fluorescent protein with high bioluminescence resonance energy transfer efficiency. Nano-lantern allows real-time imaging of intracellular structures in living cells with spatial resolution equivalent to fluorescence and sensitive tumour detection in freely moving unshaved mice. We also create functional indicators based on Nano-lantern that can image Ca2+, cyclic adenosine monophosphate and adenosine 5′-triphosphate dynamics in environments where the use of fluorescent indicators is not feasible. These luminescent proteins allow visualization of biological phenomena at previously unseen single-cell, organ and whole-body level in animals and plants.


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