太棒啦，科学家设计出独特的“发光”蛋白质！莫斯科物理与技术研究所的生物物理学家与来自法国和德国科学家合作，创造了一种新的荧光蛋白。除了在紫外线和蓝光照射下发光外，它在高温下非常小且稳定。其研究成果发表在《光化学与光生物科学》上，这种蛋白质具有荧光显微镜的前景，这项技术被用于癌症、传染病和器官发育等方面的研究。
荧光显微镜是研究活体组织的一种方法，它依赖于诱导发光。在特定波长激光照射下，一些蛋白质会发出不同波长的光。这种诱导的“辉光”可以用一种特殊的显微镜来分析。研究人员通过基因工程将这种荧光蛋白附加到其他蛋白上，使后者在显微镜下可见，并观察它们在细胞中的行为。荧光显微镜的科学价值被证明是如此之高，以至于一个诺贝尔奖因其发现而被授予。另一个则因其从根本上提高了该方法的准确性而被授予诺贝尔奖。
到目前为止，用于这种观察的荧光蛋白有几个缺陷。它们容易受热，体积相当大，只有在氧气存在时才会发光。来自MIPT膜系统结构分析和工程实验室的该论文第一作者薇拉·纳扎伦科(Vera Nazarenko)说：首先，蛋白质比它的类似物更耐热，它只在68摄氏度时变性，它也是微型的，而目前使用的荧光蛋白大多体积较大。最重要的是，它可以在没有氧气的情况下发光，研究小组最初在嗜热细菌a的细胞中发现了这种蛋白。
这种细菌生活在高温环境中，比如温泉。然后，研究人员通过基因工程设计了一个DNA序列，该序列复制了蛋白质的荧光部分，但没有复制其他部分，这将使分子变得更大。通过将编码该蛋白的基因导入另一种细菌大肠杆菌的细胞，研究小组将其转变成一家大规模生产具有独特特性的荧光蛋白工厂。研究活细胞中发生过程的研究人员一直在等待一种结合这些关键特征的蛋白质。通过将其引入细胞，现在可以获得有关细胞生死的基本数据。
举几个例子，荧光显微镜被认为是研究恶性肿瘤发生发展机制的最佳工具之一，对研究细胞信号和器官发育也很有用。先前用于荧光显微镜的蛋白质体积庞大且热不稳定，限制了该方法的应用，多亏了MIPT团队，这个障碍已经消除了。
光氧电压(LOV)域是植物、细菌和真菌中光感受器的保守部分，它结合黄酮作为色团并检测蓝光。LOV结构域的变异被发展成为荧光报告蛋白，由于其在厌氧条件下具有荧光性、快速折叠动力学和尺寸较小，是一种很有前途的生物过程实时定量分析报告系统。
热稳定黄素为基础的荧光蛋白CagFbFP从可溶性LOV域含有组氨酸激酶从嗜热细菌氯氟雷克萨斯聚集，LOV光受体蛋白中负责信号转导的关键残基谷氨酰胺具有两种构象。分子动力学模拟表明，这两种构象能够快速地相互转换。在1.22 A分辨率下测定野生型氯氟雷克萨斯聚合体LOV结构域的晶体结构证实了谷氨酰胺侧链存在两个替代构象。总的来说，由于其稳定性和易结晶性，该蛋白有望成为LOV结构域的超高分辨率结构研究和荧光报告材料。
博科园｜研究/来自：莫斯科物理科学与技术学院
参考期刊《光化学和光生物科学》
DOI: 10.1039/c9pp00067d
