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神奇萤火虫光飞闯医疗界 助力医疗诊断

在生物学和医学中,我们经常需要检测生物分子。例如,在癌症诊断中,医生需要快速、可靠的方法,了解肿瘤细胞是否存在于患者体内。尽管已经存在这样的检测方法,但是它们往往需要大量的时间、工作和金钱。最近,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的科学家,对负责萤火虫发光的酶进行了细微的化学调整,让它“寻找”目标生物分子并发出光信号。基于此,研究小组开发出一种廉价、简单和高精度的检测系统,可能会改变这一研究领域的现状。相关研究结果发表在最近的《Nature Communications》杂志。

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Kai Johnsson在EPFL的实验室,由Alberto Schena和Rudolf Griss带领,在萤光素酶(这种酶会产生萤火虫的光)上添加了一个小的化学标签。当这个标签检测到一个目标蛋白时,荧光素酶就发出用肉眼可以看到的光信号。

该团队已被证明具有这一领域的专业知识:2014年,他们开发了一种快速而简易的药物监测分子,并促成了一个新成立的公司Lucentix。跳出条条框框进行思考,他们完全绕开了蛋白质工程的痛苦:不是让荧光素酶发生突变从而对靶蛋白敏感——这将需要巨大的劳动力,而是将它附加到一个小的化学标签上。

这个标签作为一个开关:它会阻断荧光素酶,防止它产生光。当标签检测到目标蛋白时,它反而附加到上面,将障碍物从荧光素酶上移除。其结果是,荧光素酶可以自由地打开光,这种信号表示目标已经被发现。简而言之,科学家研制出了一种化学方案来解决生物学问题。

Kai Johnsson说:“你可以把标记的荧光素酶看作一个机器分子。半生物,半合成。你如何仅仅通过突变就能使荧光素酶对另一种蛋白质的存在变得敏感?这需要很大的工作量。有了这种化学方法,我们要操心的是,设计一个合适的、可以识别目标蛋白的标签。”

当荧光素酶检测到它的靶蛋白时,它的激活完全足够大,因此用肉眼就可以看到。这意味着,该系统不需要昂贵和复杂的读出设备。

但是这一成果还有着更广泛的意义。Kai Johnsson说:“这是一种通用化的设计。它为我们展示了如何利用合成化学,来制备精巧的生物传感器蛋白。”

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