两项技术预示蛋白分析和基因操作新阶段

　　

生物通报道：基因是遗传物质，是生命体的蓝图，而蛋白质则是生命体具体功能的执行者。基因和蛋白质也是生命科学领域最基础、最重要的研究对象。现在，两项有关蛋白质运动和基因操作的新技术则预示着蛋白质分析和基因工程技术手段的进入一个新的阶段。

 

 不伤害细胞的基因改造技术

遗传工程产品变得越来越不可或缺了。例如，基因改造的细菌生产胰岛素。将来，基因疗法还有可能将基因引入到患病体的细胞中，从而使它们能够弥补身体的功能缺陷。

 

 为了做到这些，就必须将外源或合成的DNA引入到寄主细胞中。现在，日本的研究人员发明了一种可能取代传统基因工程过程的新方法。这项公布在Angewandte Chemie杂志上的研究中，研究人员用电喷的水滴轰击细胞。

 

有几种方法能够将DNA转移到寄主细胞中。在最简单的情况下，外源DNA通过被穿孔的细胞膜进入到细胞内。病毒和质粒能够作为基因运送载体，并且利用一种“粒子枪”能够将遗传物质注射到细胞内。这些方法都有其劣势：会严重损伤脆弱的细胞或者费用昂贵和过程复杂。

 

 由Takafumi Sakai领导的Saitama大学的一个研究组开发出一种可能取代这些传统方法的新技术：它们用微小的带电水滴轰击细胞。这种水滴能在细胞膜上打出非常微小的孔，外源的DNA分子能够通过这个孔进入细胞内。一分钟后，这种孔会闭合起来，即使再精巧的细胞都能在此过程中存活下来并且不会有损伤。

 

这种方法的基础是一种叫做电喷雾（electrospray）技术，这种技术已被成功用于质谱仪中。在这个过程中，极其微小的钢毛细管顶端处于一种高电压下。带电荷的水滴从这个毛细管出来，并且被喷成微米或纳米级的液滴。这些带电微滴在一个电场中被加速，并喷向盛放有细胞的盘。

 

这种方法的有点在于：它适合从哺乳动物细胞培养物到细菌以及活组织的各种细胞类型，并且在鸟类胚胎中被验证。当然，必须没有会损坏细胞的细胞毒性制剂；需要使用纯净的水或一种细胞耐受盐溶液。整个装置简单、成本低，并且很轻便。

 

定位蛋白质：将电穿孔与流式细胞仪结合起来的新技术

 

 来自美国普渡大学的研究人员发明了一种能够检测细胞中蛋白质运动的新方法，蛋白质的这些运动显示出与癌症等有关的细胞变化。这种方法将有助于将来诊断癌症。

 

负责这项研究的普渡大学农业和生物工程助理教授、华裔学者卢畅（Chang Lu，音译，生物通注）博士介绍说，通过联合两项不同的技术，这种新技术能够检测大量细胞中个体细胞，这在之前是做不到的。

 

他们的研究将不同的技术联系在一起，使得研究人员能够在一种全新的水平上进行科学研究. 在发表在本月的《Analytical Chemistry》杂志上的文章中，卢博士证实这种技术能够检测一些蛋白质在整个细胞群中的运动或迁移。这些运动对检测非常重要，因为它们与许多疾病过程有关。蛋白质迁移与肿瘤细胞的活化有关，检测这些运动将有助于诊断癌症的类型和阶段。

 

 卢博士的这种方法利用了已有的两项技术：电穿孔（electroporation, 用于确定蛋白质位置）和流式细胞仪(flow cytometry，能够快速检测个体细胞但不能确定细胞内蛋白位置)。 普渡大学的这种技术命名为“电穿孔流式细胞仪”（electroporative flow cytometry），该技术使研究人员首个能够在秒单位内检测细胞的方法。

 

这种方法是让细胞穿过芯片上细小的通道并被电穿孔。在此过程中，电脉冲在细胞膜上开孔，蛋白质从里面释放出来。然后，传感器测量蛋白质的浓度。由于一个蛋白质的亚细胞定位能够直接影响离开细胞的蛋白质数量，卢博士等人证实这种方法能够直接确定蛋白质位置。

 

如果蛋白质在它们的最初位置上（自由漂浮在细胞内部或细胞质中），那么大量的蛋白质就会在电穿孔后流出细胞。如果发生了迁移（蛋白质从细胞质迁移并与细胞膜内侧紧密结合），那么就有很少的细胞在电穿孔后离开细胞。 之前的技术只是通过很慢得成像技术来检测蛋白质在少数个体细胞中的运动，或者对大量细胞进行平均测量，其数据常常与个体细胞中的蛋白质定位无关。

 

 卢博士指出，这些方法要么“只见树木，不见森林”，要么“只见森林，不见树木”。他发明的新方法则实现了了解“森林中的每棵树”的目的。 在研究中，这种技术能够每秒处理100到200个细胞，但是这个速率能够增加到典型的流式细胞仪的速度，即每秒通过10000个细胞。速度的增加能够通过优化这项技术来实现。研究检测了蛋白激酶的运动。蛋白激酶和它们的迁移对活化或失活细胞并在细胞间传递细胞至关重要。卢博士已经为这项技术申请了临时专利，并且表示他希望这项技术能够在5到10年的时间里用于临床。（生物通雪花）