科學家設計出獨特的「發光」蛋白質

太棒啦，科學家設計出獨特的「發光」蛋白質！莫斯科物理與技術研究所的生物物理學家與來自法國和德國科學家合作，創造了一種新的熒光蛋白。除了在紫外線和藍光照射下發光外，它在高溫下非常小且穩定。其研究成果發表在《光化學與光生物科學》上，這種蛋白質具有熒光顯微鏡的前景，這項技術被用於癌症、傳染病和器官發育等方面的研究。

熒光顯微鏡是研究活體組織的一種方法，它依賴於誘導發光。在特定波長激光照射下，一些蛋白質會發出不同波長的光。這種誘導的「輝光」可以用一種特殊的顯微鏡來分析。研究人員通過基因工程將這種熒光蛋白附加到其他蛋白上，使後者在顯微鏡下可見，並觀察它們在細胞中的行為。熒光顯微鏡的科學價值被證明是如此之高，以至於一個諾貝爾獎因其發現而被授予。另一個則因其從根本上提高了該方法的準確性而被授予諾貝爾獎。

到目前為止，用於這種觀察的熒光蛋白有幾個缺陷。它們容易受熱，體積相當大，只有在氧氣存在時才會發光。來自MIPT膜系統結構分析和工程實驗室的該論文第一作者薇拉·納扎倫科(Vera Nazarenko)說：首先，蛋白質比它的類似物更耐熱，它只在68攝氏度時變性，它也是微型的，而目前使用的熒光蛋白大多體積較大。最重要的是，它可以在沒有氧氣的情況下發光，研究小組最初在嗜熱細菌a的細胞中發現了這種蛋白。

這種細菌生活在高溫環境中，比如溫泉。然後，研究人員通過基因工程設計了一個DNA序列，該序列複製了蛋白質的熒光部分，但沒有複製其他部分，這將使分子變得更大。通過將編碼該蛋白的基因導入另一種細菌大腸桿菌的細胞，研究小組將其轉變成一家大規模生產具有獨特特性的熒光蛋白工廠。研究活細胞中發生過程的研究人員一直在等待一種結合這些關鍵特徵的蛋白質。通過將其引入細胞，現在可以獲得有關細胞生死的基本數據。

舉幾個例子，熒光顯微鏡被認為是研究惡性腫瘤發生髮展機制的最佳工具之一，對研究細胞信號和器官發育也很有用。先前用於熒光顯微鏡的蛋白質體積龐大且熱不穩定，限制了該方法的應用，多虧了MIPT團隊，這個障礙已經消除了。

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光氧電壓(LOV)域是植物、細菌和真菌中光感受器的保守部分，它結合黃酮作為色團並檢測藍光。LOV結構域的變異被發展成為熒光報告蛋白，由於其在厭氧條件下具有熒光性、快速摺疊動力學和尺寸較小，是一種很有前途的生物過程實時定量分析報告系統。

熱穩定黃素為基礎的熒光蛋白CagFbFP從可溶性LOV域含有組氨酸激酶從嗜熱細菌氯氟雷克薩斯聚集，LOV光受體蛋白中負責信號轉導的關鍵殘基谷氨醯胺具有兩種構象。分子動力學模擬表明，這兩種構象能夠快速地相互轉換。在1.22 A解析度下測定野生型氯氟雷克薩斯聚合體LOV結構域的晶體結構證實了谷氨醯胺側鏈存在兩個替代構象。總的來說，由於其穩定性和易結晶性，該蛋白有望成為LOV結構域的超高解析度結構研究和熒光報告材料。

博科園｜研究/來自：莫斯科物理科學與技術學院

參考期刊《光化學和光生物科學》

DOI: 10.1039/c9pp00067d

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