Science：“实时监控”基因的活动

　　

生物通报道：哈佛大学的研究人员首次发明出提供监控活细胞中蛋白制造过程中分子与分子的“实时”电影的新技术。通过对单个细胞中荧光标记分子的直接观察，该技术获得了细胞中单个新蛋白分子诞生的实时记录“电影胶片”。这项技术极大地增加了人们探测基因活动的精确性。这项研究的结果发布在3月17日的Science杂志上。

利用这种新的分析方法，Sunney Xie领导的研究组能够在多个核糖体与mRNA的单拷贝结合时，一个个地数出细胞中瞬时产生的蛋白质分子。研究人员将这种随机瞬时的蛋白质表达过程在本周的Nature杂志上进行了详细的描述。

尽管基因的表达过程是最重要的生命过程，但是由于许多重要基因的表达水平非常低，因此以目前的技术水平，人们还很难观察它们的活动。这项新的研究给出了到目前为止最高灵敏度的观察单个分子在细胞中的实时活动的方法。

这项新技术将使我们对活细胞基因表达和许多其他基础生物过程获得空前深度的了解。分生物学的中心法则认为DNA被转录成mRNA，然后又被翻译成了蛋白质。但是由于存在若干技术障碍，使得人们无法研究这些关键的过程。研究人员目前对这“两步途径”的了解依靠的是大量细胞和分子间平均的基因和生活活动的分析。而且，我们了解到的与基因表达有关的分子机器的工作情况信息来自离体实验，而不是活细胞中的情况。最终，这些低灵敏度的检测基因表达的现有技术只能分析高表达水平的基因。

Xie的这种新分析致力于突破这三个限制。他和同事将一种黄色的荧光蛋白Venus与狂犬病膜蛋白Tsr混合在一起。Tsr结构域的包含能够使这种融合蛋白停靠在一个细胞的膜上，从而避过了在细胞质中成像单个蛋白质拉链的难题。在细胞质中，散播的荧光信号往往被背景噪音所掩盖。

在大肠杆菌染色体中，编码这种融合蛋白的基因被lacZ基因所取代。当lacZ的调节机器容许这种被修改的基因翻译成蛋白质分子时，这些Tsr-Venus混血儿就迁移到细胞膜并附着其上。这时，研究人员能够清楚地看到荧光的闪动。

这项研究在单个分子的水平上，首次获得了活细胞中蛋白质表达的大量实时信息。这种成像方法为解开与调节这些重要过程有关的精确事件和因子的最根本问题增加了可能。（生物通记者杨淑娟）