生命科學發展至今，正朝著兩個方向分化發展：宏觀和微觀。微觀方面，在單分子水平上，不僅提出了第三代測序技術這樣近期倍受矚目的新技術，而且從單個細胞，單個蛋白水平上分析生理過程，也正成為一個研究熱點。
來自哈佛大學醫學院化學生物學系的研究人員為了解開單細胞水平上，基因表達和調控的分子機制，進行了系列實驗研究，近期不僅獲得了許多研究成果，而且也解決了一些實驗技巧問題，在《科學》（Science）雜誌上發布文章，首次實現了對物種在整個表達譜範圍內的蛋白表達噪聲測量。
領導這一研究組的是華人科學家謝曉亮博士，其出身於化學世家，其父為北大化學與分子工程學院著名教授謝有暢。謝曉亮博士畢業於北大化學系，1985年赴加州大學聖地牙哥分校攻讀博士，1999年被聘為哈佛大學化學與生物系終身教授，是該校僅有的兩位中國大陸的終身教授之一。目前其研究重點是單分子光譜檢測及其在生命科學中的應用。謝教授曾獲美國物理學會的青年光譜學家獎、以色列總統獎等多項殊榮，現被聘為北大化學與分子工程學院客座教授。
在基因表達研究領域，傳統的研究方法是在同等條件下磨碎大量細胞，然後測量基因產物的數量，例如mRNA和蛋白。然而最近的研究卻發現，看起來完全相同的單個細胞實際上表達水平完全是隨機的，存在著巨大的個體差異，科學家稱之為「噪音」。科學家們在研究單細胞生物體的「噪音」時發現，即使是基因完全相同的細胞其行為也是完全不同的。測量不同生物體內的蛋白表達噪音可以幫助科學家們了解生命的演化和功能。
在最新的文章中，研究人員報導了大腸桿菌的1018個基因在單個細胞內的絕對表達數以及各個細胞間的差異，這些基因佔了大腸桿菌全基因組的四分之一左右。他們還同時測量了其中137個大量表達的基因的mRNA分子數量。
儘管在同基因組細菌群的細胞中，蛋白和mRNA拷貝數差異巨大，不過通常數量較小，難以在單分子水平上檢測。謝曉亮小組的研究人員利用自己搭建的一套全新的大腸桿菌黃色螢光蛋白融合庫，成功地實現了單個細胞內在單分子水平對整個表達譜範圍內的蛋白和mRNA的定量分析。
謝曉亮研究組曾利用了不同的方法觀測到活體細胞中單個蛋白分子翻譯合成的過程。比如利用了延時動態影像技術（time-lapse movies）通過60個融合蛋白翻譯的過程發現lac抑制因子每脫離DNA片段一次，只有一條mRNA轉錄出來，隨著一陣短時間蛋白合成脈衝，得到了每次不同數目的蛋白分子。這個蛋白數目的變化是符合指數遞減規律的——上個世紀80年代得出的一個理論，但至今並未得到實驗證據。或者利用了微流控(microfluidic chambers）捕捉E.coli細胞阻止螢光分子完全釋放出去，通過將這種微流室固定在一個顯微鏡下，觀測到了單個β-半乳糖苷酶的翻譯過程。
他們將一個螢光報告基因（黃色的螢光蛋白Venus）融合到一個膜蛋白（狂犬病膜蛋白Tsr）上，這樣這個螢光信號就能固定在一處，並且保持發光度一段時間。然後研究人員在這個融合蛋白前加入E.coli的Lac啟動子，通常會有一個抑制因子阻止其表達，但是偶然這個抑制因子會隨機的從這段DNA上脫離下來，從而就能轉錄出mRNA，翻譯成螢光融合蛋白。每一次產生一個融合蛋白分子，研究人員就能觀測到這個蛋白在細胞內閃閃發光，為了能實時監控這個過程，研究人員利用了延時動態影像技術（time-lapse movies）。這樣通過60個融合蛋白翻譯的過程，謝等人發現lac抑制因子每脫離DNA片段一次，只有一條mRNA轉錄出來，隨著一陣短時間蛋白合成脈衝，得到了每次不同數目的蛋白分子。（來源：生物通 萬紋）
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