科學(xué)家證實(shí)生物熒光存在于動(dòng)物界 熒光多重性引領(lǐng)生物技術(shù)新潮流

　　研究人員上周在《科學(xué)公共圖書(shū)館—綜合》上報告說(shuō)，超過(guò)180種魚(yú)類(lèi)(至少50個(gè)門(mén)類(lèi))能夠吸收光線(xiàn)，并以一種不同的顏色將其再次發(fā)射出來(lái)�？茖W(xué)家在配有黃色濾光片照相機的幫助下，發(fā)現棲息在熱帶太平洋的一些魚(yú)類(lèi)，例如扁頭魚(yú)(Cociellahutchinsi)正在進(jìn)行著(zhù)這些令人拍手叫絕的表演。

　　科學(xué)家首次證明生物熒光普遍存在于動(dòng)物界

　　幫助主持這項研究工作的紐約市美國自然歷史博物館魚(yú)類(lèi)館長(cháng)JohnSparks表示：“它們就像正在進(jìn)行著(zhù)一場(chǎng)私人的燈光表演�！�

　　為了開(kāi)展自己的調查，研究人員與攝影師及攝像師一道，在巴哈馬群島及所羅門(mén)群島附近的海域進(jìn)行了采樣，這些海域是分類(lèi)學(xué)最為富集的區域。研究人員同時(shí)還調查了來(lái)自馬達加斯加島、亞馬遜河以及美國五大湖地區的淡水物種，這些動(dòng)物同樣來(lái)自于寵物商店和公共水族館。

　　研究人員在兩種軟骨魚(yú)類(lèi)(例如鯊魚(yú)和鰩魚(yú))和硬骨魚(yú)類(lèi)(例如鰻魚(yú)和扁頭魚(yú))中發(fā)現了生物熒光現象。Sparks指出，這種現象出現在4億多年前分開(kāi)并趨異進(jìn)化的物種中，表明它是通過(guò)許多次獨立進(jìn)化而得到的。

　　生物熒光現象與生物體發(fā)光現象不同，后者是指生物體通過(guò)一種化學(xué)反應產(chǎn)生光的過(guò)程。生物熒光還會(huì )出現在一些珊瑚、刺絲胞動(dòng)物、節肢動(dòng)物和鸚鵡中。

　　而魚(yú)類(lèi)中的生物熒光現象似乎是海洋生物中最普遍的。Sparks推測，這是因為海洋是一個(gè)相對穩定的環(huán)境，遍布著(zhù)鮮藍色的光線(xiàn)。隨著(zhù)海水越來(lái)越深，除了高能量的藍色波長(cháng)，可見(jiàn)光光譜中的大部分都被吸收了。淡水和深水生物熒光魚(yú)盡管存在，但并不多見(jiàn)。事實(shí)上，最常見(jiàn)、最壯觀(guān)和各種“珠光寶氣”的魚(yú)類(lèi)往往是珊瑚礁中偽裝的魚(yú)類(lèi)。

　　其中的許多魚(yú)類(lèi)在眼中生有黃色濾光器，后者能夠識別作為一種物種間“隱藏信號”的生物熒光圖案。例如，一些海洋魚(yú)類(lèi)會(huì )齊齊在滿(mǎn)月下產(chǎn)卵，而月光下鮮艷的生物熒光有助于魚(yú)類(lèi)彼此識別。

　　并未參與該項研究的加利福尼亞州拉荷亞市斯克里普斯海洋研究所海洋生物學(xué)家DimitriDeheyn認為，這些發(fā)現為未來(lái)研究生物熒光在生態(tài)學(xué)中扮演的角色鋪平了道路。

　　對于生物學(xué)家而言，這項研究同時(shí)確定了潛在的熒光蛋白寶庫。熒光蛋白——例如最早于上世紀60年代在水母中發(fā)現的GFP(綠色熒光蛋白)——曾改變了基因表達、包括艾滋病在內的疾病，以及腦解剖學(xué)的研究歷程。

　　熒光生物技術(shù)迎來(lái)美好新時(shí)代

　　美國國家過(guò)敏癥與傳染病研究所(NIAID)疫苗研究中心高級研究員MarioRoederer對熒光染料的未來(lái)與局限性有一定的理解。

　　近20年來(lái)，他一直從事T細胞的感染響應和疫苗的研究，一開(kāi)始是作為斯坦福大學(xué)LenHerzenberg實(shí)驗室的博士后，后來(lái)是NIAID某研究組的組長(cháng)。在20世紀90年代初期到中期，Roederer回憶道，自己和同事在Herzenberg實(shí)驗室利用流式細胞術(shù)，試圖理解HIV-1感染對免疫系統的影響。

　　流式細胞術(shù)是免疫學(xué)實(shí)驗室里的吃苦能手，研究者可以對細胞逐個(gè)進(jìn)行分析，識別哪些會(huì )表達特定的細胞表面標記，哪些則不會(huì )進(jìn)行表達，例如CD3、CD4和CD8。研究人員甚至可以通過(guò)一種特殊流式細胞儀——細胞分選儀，分離和擴增他們所感興趣的細胞群。但問(wèn)題在于，當Roederer開(kāi)始做博士后時(shí)，可供使用的熒光顏色尚不充足，無(wú)法細究繁雜繚亂的人類(lèi)免疫系統。

　　“我們意識到，我們的缺陷之一在于不能充分地研究免疫系統�！彼�說(shuō)道。

　　那時(shí)，流式細胞術(shù)局限于四色通道上，缺少可用、可分離的熒光標記，遠遠無(wú)法滿(mǎn)足免疫細胞亞型的深入研究。但當Roederer離開(kāi)實(shí)驗室的時(shí)候，可用通道的數目已經(jīng)增加到了12個(gè)，這是硬件、軟件和免疫化學(xué)共同發(fā)展的結果。到了21世紀初，該數目達到了18個(gè)通道，這要歸功于量子點(diǎn)公司(QuantumDot公司，現在屬于LifeTechnologies的一部分)使用的納米粒子級量子點(diǎn)。

　　通過(guò)這些18色面板，Roederer的研究小組不僅能鑒定出感興趣的細胞，而且還能探究它們的行為�！澳銉H僅需要6色或8色來(lái)鑒定細胞�！彼�解釋說(shuō)，“然后你需要使用其他的顏色，才能探究它們在做什么�！痹诮�期的一篇論文中，Roederer實(shí)驗室將干細胞樣的記憶T細胞描述成CD45RO-、CCR7、CD45RA、CD62L、CD27、CD28和IL-7R[α]標記的T細胞“分組”下的CD95、IL-2R[β]、CXCR3和LFA-1標記的細胞亞群。

　　美用生物熒光蛋白觀(guān)察神經(jīng)元內蛋白質(zhì)運動(dòng)過(guò)程

　　神經(jīng)元內部區室分兩種：軸突部分和樹(shù)突部分。軸突是負責把電信號傳給其他神經(jīng)元的區域，而樹(shù)突是從其他神經(jīng)元接受信號的區域。論文領(lǐng)導作者、南加州大學(xué)博士生薩曼德?阿爾巴薩姆說(shuō)：“十幾年前人們就知道，蛋白質(zhì)具有專(zhuān)門(mén)的定向性，只能進(jìn)入其中一種區室。但不知道這種定向是怎么發(fā)生的，直到我們親眼目睹了它們是怎么向其中一種區室移動(dòng)的�！�

　　上世紀九十年代中期，科學(xué)家從水母體內分離出綠色熒光蛋白(GFP)。GFP受到藍光照射時(shí)，會(huì )發(fā)出亮綠色的熒光。用GFP做標記讓人們能看到細胞和神經(jīng)元內部的蛋白質(zhì)。但因為神經(jīng)元內有許多不同的、互相重疊連接的路徑，至今還無(wú)法看到蛋白質(zhì)在神經(jīng)元內部的流動(dòng)。

　　阿爾巴薩姆和同事開(kāi)發(fā)出一種新技術(shù)，讓人們進(jìn)一步看清了蛋白質(zhì)是怎樣定向進(jìn)入到兩種區室之一的。他們通過(guò)阻塞單條路徑，使浸滿(mǎn)了GFP的運輸泡產(chǎn)生堆積。運輸泡是一種攜帶膜蛋白的小泡泡，能在神經(jīng)細胞內上下移動(dòng)。然后用一種小分子藥物，使這些堆積的發(fā)光運輸泡在一次強光脈沖下突然釋放。論文通訊作者、南加州大學(xué)棟賽夫文理學(xué)院分子與計算生物學(xué)副教授多恩?阿諾德解釋說(shuō)：“結果令人非常吃驚。我們發(fā)現那些攜帶膜蛋白質(zhì)的運輸泡，應該進(jìn)入樹(shù)突的并不是一開(kāi)始就瞄準了樹(shù)突區室，而是兩種區室都有進(jìn)入。但那些進(jìn)入軸突區室的很快就停下來(lái)，被阻止進(jìn)一步深入�！�