幾十年來，螢光蛋白如GFP的使用一直是生物分析的支柱，甚至獲得了諾貝爾獎。雖然這些分子非常適合實驗室使用，但它們確實有局限性，因為它們易高溫變性，蛋白質結構龐大，並且僅在氧存在下才發光。
然而現在，來自莫斯科物理和技術研究所的生物物理學家與來自法國和德國的科學家一起創造了一種新的螢光蛋白。除了在紫外線和藍光照射下發光外，這種新分子非常小，在高溫下穩定。
最近發表在 Photochemical & Photobiosciences 雜誌上的一篇題為 A thermostable flavin-based fluorescent protein from Chloroflexus aggregans: a framework for ultra-high resolution structural studies 的新研究結果表明，該新型蛋白為螢光顯微鏡技術帶來了新的前景。
螢光顯微術是一種依靠激發螢光來研究活組織的方法。在暴露於特定波長的雷射輻射之後，一些蛋白質發射不同波長的光。這種誘發的"發光"可以使用特殊的顯微鏡進行分析。
研究人員通過基因工程將這種螢光蛋白附加到其他蛋白上，使後者在顯微鏡下可見，並觀察它們在細胞中的行為。此外，長時間暴露（在激發光下）會加熱螢光蛋白如GFP等，縮短它們的可見壽命。
"我們的蛋白質比它的類似物更熱穩定：它僅在68攝氏度時變性。「該論文的第一作者，來自 MIPT 膜系統結構分析與工程實驗室的 Vera Nazarenko 說。"它也是微型的，而目前使用的大多數螢光蛋白體積相當大。最重要的是，它可以在沒有氧氣的情況下發光。"
研究小組最初在嗜熱細菌（即生活在高溫環境中的細菌，如溫泉）的細胞中發現了具有這些出色特性的蛋白質。研究人員隨後對 DNA 序列進行了基因工程改造，複製了蛋白質的螢光片段，但沒有複製其他部分，因為這會使分子變得更大。
通過將編碼該蛋白的基因導入另一種細菌——大腸桿菌的細胞中，研究小組將其作為大規模生產這種具有特殊特性螢光蛋白的工廠。
作者寫道："我們設計了一種分子量小的基於黃素的熱穩定螢光蛋白 CagFbFP，基於自嗜熱細菌 Chloroflexus aggans 的可溶性含 LOV 結構域的組氨酸激酶。" CagFbFP 由107個胺基酸組成，分子量為 11.6kDa，僅由保守的 LOV 核心結構域組成。該蛋白是熱穩定的，熔點約為68°C。它易於結晶，晶體衍射至 1.07ε。晶體結構和小角散射數據都表明蛋白質是二聚體。
進行活細胞生化反應的研究人員長期以來一直在等待著擁有這些關鍵特徵的蛋白質。通過將其引入細胞，它們現在可以獲得關於細胞狀態和凋亡的基本數據。例如螢光顯微鏡被認為是研究惡性腫瘤發生和發展機制的最好工具之一。這對於細胞信號傳導和器官發育的研究也是有用的（包括神經科學的研究）。"總的來說，由於其穩定性和易於結晶，該蛋白似乎是用於 LOV 結構域的超高解析度結構研究和用作螢光報告基因應用的有前景的模型，"作者總結道。
參考資料：
Nazarenko V, Remeeva A, Yudenko A, et al. Thermostable flavin-based fluorescent protein from Chloroflexus aggregans: a framework for ultra-high resolution structural studies[J]. Photochemical & Photobiological Sciences, 2019.
作者信息
編譯：Ben（brainnews創作團隊）
校審：Simon （brainnews編輯部）