用光引爆癌細胞，這和螢火蟲還脫不開干係

2020-11-10 中科院物理所

漆黑森林中，一群群閃著明黃亮光的小生靈翩翩起舞；浩瀚深海中，一盞盞五光十色的「小燈籠」來往穿梭，這些會發光的生物撕碎了黑暗的一角。

2008年，三名科學家找到了生物發光的秘密武器——綠色螢光蛋白(GFP)，從此，發光不再是螢火蟲、深海魚等生物的專屬，那些原本不發光的生物也能發出自己的光芒了。更讓人興奮的是，螢光還照亮了許多醫學領域的黑暗，給絕症患者帶來了一抹微光。

01 發現螢光蛋白

美國西岸的太平洋中，生活著一種水母，叫做維多利亞多管發光水母，它平時是一隻透明色的普通水母，但是它在受到驚嚇時，傘狀體的底部會亮起一圈綠色的螢光，活像一盞圓形的LED燈。

科學家發現，維多利亞水母與螢火蟲的發光原理很相似，它們都有一類被稱作螢光素的化學物質，螢光素在螢光素酶的催化下與氧氣發生反應，反應過程中消耗能量，釋放光子，光子進入眼睛，就轉化成了我們看到的可見光。

但維多利亞水母發出的綠光與螢火蟲的黃光為什麼不一樣呢？這是因為維多利亞水母有一種被稱為綠色螢光蛋白（GFP）的神器，GFP不需要酶的催化和其他反應條件，當有紫外線和藍色光等光源照射到GFP時，它就會發出綠色的光。因此，維多利亞水母通過螢光反應發出藍光，藍光被GFP吸收，就反射出了我們看到的綠光。

1974年，日本科學家下村脩和美國科學家詹森等人從維多利亞水母的體內提取出了GFP。找到了GFP後，科學家們又發現，運用轉基因技術，將GFP的基因轉到其他生物體內，當有紫外線或藍光照射時，其他生物也能發出綠光。1994年，美國華裔科學家錢永健改造了GFP的結構，使得它能反射出彩虹般多彩的顏色。

從此，科學家們獲得了一種「跟蹤神器」，只要在不同細胞中轉入不同的GFP基因，就能同時追蹤不同組織細胞的發生、發育和轉移過程，這樣，許多疾病的發展過程，就變得「肉眼可見」了。

02 追蹤疾病發展

阿爾茨海默症俗稱老年痴呆，它是一種由於蛋白質錯誤摺疊引起認知障礙、記憶喪失等症狀的神經疾病。我們現在說起病因很簡單，但如果沒有GFP的幫助，也許科學家到現在還不知道阿爾茨海默症的病因。

1907年，德國科學家阿洛伊斯·阿爾茨海默首次發現了阿爾茨海默症的病原體，他在一個過世的患者的腦中發現了神經元中的纏繞在一起的蛋白質。但是這些蛋白質為什麼會纏繞在一起，它們發生了什麼變化，根本無從得知。1988年，劍橋大學MRC分子生物學實驗室的研究人員首次發現，阿爾茲海默症患者大腦中纏繞的蛋白質是一種細絲狀的Tau蛋白，從此，許多科學家都開始探索Tau蛋白的致病機制，其中，螢光蛋白技術幫了大忙。

2016年，美國明尼蘇達大學的研究小組用螢光蛋白標記跟蹤並比較了正常大鼠和Tau蛋白突變的大鼠的海馬區神經元，結果發現突變的Tau蛋白並不會聚集，反而比正常的Tau蛋白更短，更容易從樹突上脫落。他們認為，是變短的Tau蛋白無法執行正常功能才引起了阿爾茲海默症。

但美國賓夕法尼亞州立大學的研究團隊卻有不同看法。2019年，他們給Tau蛋白「裝上」了改造過的GFP，只有那些錯誤摺疊和聚集的Tau蛋白才會讓GFP暴露出來，從而發出螢光。結果從病人腦中提取出來的神經元出現了許多螢光點，這表明阿爾茲海默症的病因確實與Tau蛋白的錯誤摺疊脫不開關係。

阿爾茲海默症的病因到現在仍然沒有定論，但相信GFP發出的螢光終將指引我們找出真相，同時也會照亮我們尋找特效藥的道路。而且，不止阿爾茲海默症，在心血管疾病等器官病變、愛滋病等病毒性疾病的病因追蹤中，GFP同樣有重要作用。

03 引爆腫瘤細胞

除了能給細胞們染色，螢光蛋白還能成為「放大鏡」，將光能聚集在壞細胞上，最終引爆它們。英國倫敦大學學院的腫瘤學家西奧多西斯·特奧多索就運用這個方法殺死了癌細胞。

光動力療法是一種利用光敏劑和雷射高效地殺滅腫瘤細胞的方法。醫生們先將光敏劑注射到血液中，癌細胞能比正常細胞吸收更多光敏劑，然後用雷射照射病灶。在雷射的作用下，光敏劑會發生化學反應，釋放活性氧殺死癌細胞。此前，特奧多索一直在嘗試用光動力療法治療癌症，但很快，光動力療法的局限就暴露了：雷射不能照入皮下1釐米以下的地方，也就是說它對身體內部的腫瘤和已擴散的癌細胞作用都不大。

如何擴大光動力療法的作用範圍呢？特奧多索冥思苦想，這時候螢光蛋白又幫了大忙。他的研究團隊將螢火蟲的螢光素酶基因和螢光素基因都轉移到癌細胞中，這樣癌細胞就變成了一個個會發出黃光的「小燈泡」，當對這種黃光敏感的光敏劑被注射入血管時，它會自發在發出黃光的癌細胞附近發生反應，產生活性氧，殺死癌細胞。研究團隊已經證實，這個被稱為「螢火蟲技術」的方法對殺死前列腺癌的癌細胞是有效的。

現在，特奧多索團隊還在尋找殺傷作用更強的光敏劑，比如一種只對藍光敏感的光敏劑，它被證實對腦癌癌細胞也有很強的殺傷力。最近，巴西聖保羅大學的生物學家在巴西大西洋森林中找到了一種會發出藍色螢光的昆蟲，它的螢光素基因也許將成為特奧多索裝到癌細胞上的下一個「燈泡開關」。

小小的螢火蟲，不起眼的水母，誰能想到它們會給我們的醫學帶來這樣大的變化？

原標題：讓螢火蟲透視我們的身體

來源：大科技

編輯：yrLewis

相關焦點

  • 未來或將每天1000小時,月球脫不了干係!
    未來或將每天1000小時，月球脫不了干係！地球為什麼會有白天黑夜？肯定是因為地球在不斷的進行自轉，而地球每當自轉一圈就是24小時。地球已經如此運行了幾十億年，但是根據現在的時間數據顯示，地球自轉的時間正在一點一點的變長，也就是地球變轉的速度也越來越慢，這到底是什麼原因導致的呢？按照如此的趨勢發展下去，我們一天的時間要變得多久呢？
  • 追根溯源，野生動物為何脫不了干係？
    追根溯源，野生動物為何脫不了干係？如今，人們仍不能確定傳染性嚴重的新冠病毒的源頭究竟在哪，但若要追根溯源的話，新冠病毒始終逃離不了野生動物傳播的可能性。傳播SARS病毒的野生動物是一種叫果子狸的的動物，但果子狸只不過是傳播該病毒的媒介，真正攜帶這一病毒的是中華菊頭蝠。中華菊頭幅身上攜帶著多種病毒，伊波拉病毒，SARS病毒和狂犬病毒，每一種病毒都能使人類的免疫系統崩潰。
  • 請記住:光年既是宇宙大尺度距離單位,也與時間脫不了干係
    其實光年既是距離單位，又與時間概念脫不了干係，具有雙重的意義。這是因為光速是在我們宇宙運行速度最快，又最恆定不變的存在。上世紀70年代，科學界運用雷射幹涉法精準的測量了光速，1983年在國際度量衡大會上，修改了米的定義，把米的長度定義為「光在真空中於1/299792458秒內行進的距離」。
  • 新冠源頭與印度脫不了干係?中科院疑似找到鐵證,全球屏息關注
    【編輯/作者 祁連軍武欄目 天光/小灰灰】前言：全球各國防控新冠疫情已經將近一年時間，目前仍有多個國家確診人數還在高度增長。若是一些國家想要發展經濟，不去控制疫情，必然會遭遇更大規模災難，比如說美國。就連中國都出現了十幾例確診患者，幾乎都是通過冷鏈傳播。疫苗源頭出現中國年初爆發新冠時，被外界認為中國是新冠源頭，西方國家要求中國對此負責。
  • 世衛發現不對勁,四種變體都和美國脫不了干係
    就在這個關鍵時候，世衛組織也發現情況不對勁，據新民晚報報導，世衛組織正式通報，從疫情爆發初期到現在，新冠病毒的四種病體都和美國脫不了干係。難道是終於找到病毒源頭了嗎？對此，甚至有專家強調，眼下的變異病毒已經在美國出現人傳人的跡象。
  • 螢火蟲的光給我們的啟示
    還記得孩童時期見過的螢火蟲嗎？現在的城市是沒有了，或許在哪個偏僻的山村還有吧。那也許是個自然村，沒有什麼燈火，卻能見到螢火蟲的光。前些天，正好看到關於螢火蟲的紀錄片。後來發現村子裡原來的螢火蟲的景觀逐漸消失了。究其原因，雄性螢火蟲是通過看見雌性螢火蟲發出的光，再和她進行交配繁衍的。設置了路燈照明，使得雄性螢火蟲看不見雌性發出的光，阻止了繁衍，這樣螢火蟲就漸漸稀少了。村民後來與旅遊業開發者抗爭，最終拆除了照明設施，原來的螢火蟲的景觀又逐漸恢復起來了。現在這個村子，每天都有幾十部大巴車的遊客來參觀夜色裡的螢火蟲。
  • 夏天一定要追(螢火蟲)光!但想看特別震撼的應該去哪裡?
    在夏季最不能錯過到事情之一，當然是看螢火蟲。小時候的我們拿個罐子，抓幾隻螢火蟲放進去就能玩半天。當傍晚逐漸來臨，地上的螢火蟲光連成片，如同把整個星河都搬到了地面上來，而星空無法抵達，但我們卻可以置身於漫天「螢光」中，沒有什麼比這更」夏日時光「了。
  • 你還記得在如夢如幻的夏夜裡,和小夥伴一起捉螢火蟲的趣事嗎?
    打小的時候，夏季的夜晚最為有趣的事情就是捉螢火蟲。怎麼也都想不來蟲子的屁股會發光。不知是出於好奇還是螢火蟲的光太亮眼，總是和小夥伴們到處跑著捉螢火蟲。我和幾個小夥伴們把捉來的螢火蟲裝在玻璃瓶子裡，那星星點點的螢光很是好看，一個夜晚都會沉浸在螢火蟲帶來的快樂中！
  • 還記得第一次看見螢火蟲的夏夜嗎?螢火蟲為什麼會發光?
    還記得第一次看見螢火蟲的夏夜嗎？螢火蟲為什麼會發光？ 夏天的晚上，樹叢裡草地上，螢火蟲閃著黃綠色的光飛來飛去，像一盞盞小燈籠，又像飛舞的小精靈。
  • 福清:文明城市神經末梢的「螢火蟲之光」
    有這樣一群人，他們依託新時代文明實踐站，或開設公益文化課堂、或開展文藝惠民演出、或為共建「書香社區」添磚加瓦……他們是玉屏街道步行街社區「螢火蟲之光」志願服務隊，用「螢螢之火」點亮社區「文藝燈」，溫暖城市的神經末梢。
  • 為什麼很難見到漫天的螢火蟲,答案太讓人心酸?
    我們的大詩人李白曾經在《詠螢火》這首詩中這樣描述螢火蟲的「雨打燈難滅,風吹色更明.若非天上去,定作月邊星.」這首詩生動形象的描述了螢火蟲即是下雨天也不滅的燈，風吹反而更加鮮亮，如此不怕雨不怕風的燈，如若不是要上天，那一定也是月亮身邊的一顆星星。如此有畫面感的詩不虧為詩仙李白。
  • 會發光的螢火蟲 最怕城市裡的光
    當氣孔閉合，它便不發光了。所以螢火蟲亮起來是一閃一閃的。一隻雌性多光點螢，身體上最多遍布著超過30個發光器。一隻小螢火蟲發光，亮度接近一個小夜燈的水平。其氧化反應中釋放的能量，幾乎全部以光的形式釋放，只有極少部分以熱的形式釋放，反應效率高達95%，螢火蟲也因此不會灼傷自己。人類到目前為止，還沒辦法製造出如此高效的冷光源。　　實際上，對於這個基礎課題其實有著很大的科研潛力。
  • 《螢火蟲之墓》與那些真實歷史影像重疊,以為是糖,結果是刀
    然而《螢火蟲之墓》的點不在於作品的好壞，而在於對「反戰」的態度，電影的主題就是「反戰」，以日本老百姓的眼光看待事物，但也要對戰爭起因反省和控訴，雖然原作並不考慮政治，而是以平民為基礎，但畢竟有所關聯，還是會觸動到當時經歷過戰爭的人，尤其是二戰的受害國…有人說電影只突出了戰爭中平民的悲劇，卻缺乏對戰爭起因的描述，在這一點上，它絕對是失敗的。
  • 世界各地螢火蟲瀕臨滅絕:人造光、喪失棲息地和殺蟲劑是主要威脅
    據MSN網2月13日報導，每年7月的第一個周末是世界螢火蟲日。根據2月12日發表在《生物科學》雜誌上的一項新研究，全世界有超過2000種不同的螢火蟲物種，但是由於棲息地喪失、人類使用農藥殺蟲劑和人造光等主要威脅，它們的種群正在減少，螢火蟲正面臨滅絕危險。
  • 螢火蟲為什麼白天不發光?為什麼會發光?一項技術人類還未學會
    抽象和神奇的蜻蜓剪影和螢火蟲的形象在夜間森林飛行。螢火蟲文化來源已久，明代李時珍的《本草綱目》仍引陶弘景的說法曰：「此是腐草及爛竹根所化，初時如蛹，腹下已有光，數日變而能飛。」螢火蟲還是挺聰明的，所有螢火蟲都只在夜晚發光，因為在日間它們的光不足以強到能吸引同類的注意。白天發光浪費體能，同伴還看不到，因此無法求偶，那就只能乖乖在晚上發光了。這是插圖繪畫，可愛的機器人坐在蝸牛上，背景就是繁星點綴的螢火蟲。有些種類的螢火蟲發的光是一閃一閃的，有些則是持續不斷的發光。
  • 矽谷「皮條客」Epstein事件發酵 比爾·蓋茨等難脫干係
    來源：獵雲網原標題：矽谷「皮條客」Epstein事件發酵 比爾·蓋茨等千億富豪難脫干係 幾個月來，科技行業的億萬富翁們一直在對他們與基金經理Jeffrey Epstein之間的關係感到緊張，其中許多關係都集中在麻省理工的媒體實驗室中。這是一家在矽谷很受歡迎的機構，與Epstein有一個隱秘的籌款關係。
  • 螢火蟲為什麼可以發光?什麼時候看螢火蟲最好?
    由於螢火蟲發光體中含有一種含有磷的發光物質和一種催化酵素，所以螢火蟲的發光原理。螢火蟲的發光體上有許多氣孔，當這些氣孔進入空氣時，發光質被酵素和氧氣催化氧化。然後通過這個機制來發光。螢火蟲能通過這個動作發光。這樣發出的光，由於大部分能量轉換成光能，極少數將轉換成熱能，所以又稱冷光。發光是為了尋找另一半。
  • 熠耀夜螢飛 千載有餘情 螢火蟲是古代受寵的「詩蟲」
    光在這一節中，詩人就用了多種動植物，竭力描寫家舍敗落、冷清的模樣。由於生僻字太多，有必要先解釋一下名詞：果臝(luǒ)，是一種葫蘆科植物；伊威，是一種小蟲，又稱鼠婦、西瓜蟲，喜陰暗潮溼的地方；蠨蛸(xiāo shāo)，則是一種長腳蜘蛛。町疃(tǐng tuǎn)，則是指田舍旁空地，禽獸踐踏的地方。
  • 這一間螢火蟲閱讀教室
    儘管開始時，那光如此微弱和容易被人忽視，但當所有的微光匯聚在一起時，也可以照亮一方小小的天空。圖書「點亮」教室「螢火蟲教室」的前身是一間美術教室，如何因「室」制宜？我與家長反覆商量，最終達成一致：以閱讀為中心，建立一間處處有閱讀氣息的「螢火蟲教室」。
  • 浙江最全螢火蟲觀賞地圖 追尋夏日裡的童話之光
    那天晚上，他帶著兒子到公園玩，被眼前的一幕驚呆了：「樹林裡草地上，布滿了點點螢火，如滿天繁星，調皮地眨著眼睛。目測，最少也有幾萬隻螢火蟲。」杭州西溪溼地在仲夏夜邂逅螢火蟲生態展很多人因為馮小剛、葛優和《非誠勿擾》知道杭州西溪溼地，他們或許不知道西溪是我國首個「國家溼地公園」，很多人更是因為西溪才知道溼地。