Nature Methods：细胞生物学中的那些“假象”

　　

生物通报道：几个世纪以来，光学显微镜的“衍射极限”一直被认为是无法超越的。近年来，科学家们从不同途径“突破”了这一极限，使人们能够分辨相距少于200nm的两个物体。这些超高分辨率显微技术也因此获得了2014年诺贝尔化学奖。

现在，超高分辨率显微技术已经成为了研究细胞膜蛋白的常用方法。许多研究团队发现自己研究的蛋白在细胞膜中形成了簇，TU Wien的研究人员也遇到了这样事儿。不过他们最近在Nature Methods杂志上发表文章指出，这些所谓的蛋白簇其实往往是一个闪烁的分子，只不过在超高分辨率显微成像的时候计算了多次。他们还找到了鉴别真正蛋白簇的简单方法。

“对于医学和生物学的许多重要问题而言，了解细胞膜结构是至关重要的，”文章第一作者Florian Baumgart说。“超高分辨率显微镜是研究细胞膜上蛋白质空间排布的理想工具。我们针对T细胞进行了研究，T细胞能够识别抗原，在免疫系统中起到了重要作用。”

研究显示，改变荧光团（fluorophore）的浓度可以有效分辨真正的蛋白簇和闪烁的单个蛋白。增加荧光标记的量，真正的蛋白簇就会展现出越来越多的分子位点，但蛋白簇之间依然是黑暗。但如果是随机分布的蛋白，增加的荧光分子最终会覆盖整个表面，不会在任何区域形成簇。这种简单策略可以帮助研究者们正确解读超高分辨率的成像数据，有望成为理解细胞膜结构的重要方法。

目前主要的超高分辨率技术包括：光激活定位显微技术PALM、随机光学重建显微技术STORM、受激发射损耗STED，结构照明显微技术SIM和RESOLFT。霍华德•休斯医学研究所HHMI的研究团队在Science杂志上发表了一项重要的技术突破。他们大大提升了结构照明显微技术（SIM）的空间分辨率，在活细胞中空前清晰地成像了动态的生物学过程。诺贝尔奖得主Eric Betzig和华人博士后Dong Li在这项研究中，通过视频展示了细胞内结构蛋白的重塑，以及细胞摄入分子时的膜动态。（更多信息请参见：诺奖得主和浙大学子Science发表重要技术突破）

超高分辨率显微技术需要昂贵的专业仪器，而且在厚样本中效果并不那么理想。去年年初，MIT著名学者Edward Boyden和同事在Science杂志上发布了用常规显微镜实现超高分辨率成像的膨胀显微技术（expansion microscopy，ExM）。该技术利用吸水膨胀的聚合物放大组织样本，操作非常简便，成本也很低。（更多信息请参见：Science：低成本的超高分辨率成像）

最近，膨胀显微技术在实践中证明了自己的价值。华盛顿大学的研究团队在Nature Methods杂志上发表文章，证实膨胀显微技术能够取得理想的成像效果。他们还开发了将荧光连在多聚体上的新方法，让这种技术能够使用传统的荧光抗体和荧光蛋白。这项研究显著简化了膨胀显微技术的操作步骤，大大拓展了可用的荧光标记。膨胀显微技术由此取得了重要技术突破，有望广泛应用到众多科研领域中。（更多信息请参见：Nature Methods发表重要技术突破）

生物通编辑：叶予

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