生物传感器研究取得新突破

美国伊利诺大学的一个研究小组报道，设计嵌合的多肽能够研制出非侵害的生物传感器，在生物医学的研究中有良好的应用前景。

　　生物通报道：还原／氧化（氧化还原）系统的研究已经不再是物理科学、化学和分子生物学各自单打独斗的领域，而是到达了综合的阶段，使得人们有了新的协同的方法来了解和利用基本的细胞代谢过程，例如肿瘤发生等复杂的生物医学问题背后的细胞代谢过程。

和这种发展对应的是，人们开始意识到，细胞内的氧化还原情况在DNA合成，酶活化，选择性的基因表达，细胞周期的进行、增殖、分化和凋亡上，发挥着重要的影响。然而，这也是一个难以研究的领域，因为目前还不能够充分地详细说明调节氧化还原感受性的分子机制。

伊利诺大学（University of Illinois）的一个跨科学的研究小组，在二月发行的《实验生物学和医学》上报道，成功构建了对细胞内氧化还原情况敏感的多肽。

通信作者Vladimir L. Kolossov说，一对绿色荧光蛋白（GFP）间附加上接头，已证明了用基因工程构建灵敏的氧化还原生物传感器很有发展前途。为了检测氧化和还原反应，生物传感器使用了一种强大的光学技术：Förster共振能量传递（FRET）。

缺少能通过构象变化来自动检测氧化还原态的多肽接头，是研制基于FRET的氧化还原传感器的的主要障碍。研究人员设计出接头序列，使之处于它的还原状态时，接头是一个α-螺旋。置在整个接头关键地方的硫醇基团，能自动检测四周的氧化还原电位并且氧化形成二硫键。

在氧化的状态下，分子内部的二硫键可以形成，从α-螺旋的最小自由能状态转变到"clamped -coil"状态（类似于螺旋-卷曲转变）。卷曲状态使得两个荧光蛋白比在伸展螺旋状态靠得更近，因而它们能更有效地交换激发能量（即一个高FRET的状态）。  能量传递的大小很容易地从接受器发射量的增加进行定量。

这是研制一个基于FRET的生物传感器（能通过光学显微法检验活细胞和组织的氧化还原电位和氧化应激反应）第一步。“我们使用一种灵敏的方法来测量FRET，对检查我们的接头。这方法大大地促进接头的定量分析和研制，将对研制基于FRET的传感器非常有用。”该论文的合作者Bryan Q. Spring说。 细胞内的氧化还原态能决定一个细胞的命运，而且越来越多的证据表明，扰乱氧化还原态与癌症、各种各样的炎性的疾病以及老化有关。既然氧化还原态是如此之重要，那么基于FRET的氧化还原传感器对于了解人体健康和疾病的分子机制，就有重要的应用前景。

《实验生物学和医学》的主编Steven R. Goodman博士说，氧化还原状态的改变是许多疾病出现的标志，包括老年痴呆症等神经系统紊乱，以及镰刀形红细胞病等血液的疾病。 研制一个基于FRET的生物传感器，来测量活细胞的氧化压力，将给许多不同领域的生物医学研究人员带来巨大的便利。 这也是新的《实验生物学和医学》希望给国际的学术界介绍的跨学科的研究工作。（生物通，揭鹰）