來(lái)源：學(xué)術(shù)經(jīng)緯

　　今日，最新一期《科學(xué)》雜志上報(bào)道了一篇值得關(guān)注的論文。加州理工學(xué)院的一支團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一套全新的超聲成像系統(tǒng)。它能夠在活體動(dòng)物中，讓科學(xué)家們親眼看到基因的表達(dá)。盡管這項(xiàng)技術(shù)目前還較為初步，但可以想象，一旦發(fā)展成熟，它將能給多種疾病的檢測(cè)帶來(lái)突破。

　　事實(shí)上，溫馨卡盟過(guò)去的科學(xué)家們?cè)缫验_(kāi)發(fā)出了許多檢測(cè)基因表達(dá)的方法。其中最為知名的，或許就是綠色熒光蛋白（GFP）系統(tǒng)了。這種系統(tǒng)能夠在顯微鏡下，讓我們看清組織中哪些細(xì)胞有著特定的基因表達(dá)，甚至能讓我們?cè)谝粋�(gè)個(gè)細(xì)胞里看清相應(yīng)蛋白的位置。為此，開(kāi)發(fā)出這套系統(tǒng)的科學(xué)家們也在2008年分享了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的殊榮。

　　但GFP系統(tǒng)也有一個(gè)很大的局限，那就是“光”。在培養(yǎng)皿中，光可以透過(guò)薄薄的幾層細(xì)胞，激發(fā)出綠色熒光。但如果要把這套系統(tǒng)搬運(yùn)到大型活體動(dòng)物體內(nèi)，就很容易行不通——它們的器官和組織太厚了，光穿透不進(jìn)去。

　　那么有什么方法能夠在大型活體動(dòng)物中實(shí)時(shí)觀察基因表達(dá)嗎？科學(xué)家們的選擇是“超聲成像”。說(shuō)到超聲成像，大家都不會(huì)陌生。在檢查心臟的缺陷，或是檢查胎兒的發(fā)育時(shí)，醫(yī)生們都會(huì)用到這種非常成熟的技術(shù)。它的好處就是能穿透厚厚的器官和組織。

　　下一個(gè)問(wèn)題，就是怎么用超聲波看到特定的細(xì)胞了�？茖W(xué)家們從一些水生微生物中得到了靈感：這些微生物會(huì)在體內(nèi)形成一類特殊的蛋白結(jié)構(gòu)，它們就像是氣球一樣，中間充滿了空氣。對(duì)水生微生物而言，這種蛋白結(jié)構(gòu)能給它們提供浮力。而在科學(xué)家的眼中，由于結(jié)構(gòu)中的空氣與細(xì)胞中的水分在性質(zhì)上具有天壤之別，這種蛋白結(jié)構(gòu)足以提供超聲成像所需的分辨率。

　　接下來(lái)，他們還有一個(gè)技術(shù)難題需要解決——怎么把這些中空的蛋白結(jié)構(gòu)弄到哺乳動(dòng)物細(xì)胞里頭去。這可不是一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題。表達(dá)這些蛋白結(jié)構(gòu)的微生物都屬于原核生物，而哺乳動(dòng)物屬于真核生物，兩者的基因調(diào)控方式非常不一樣。而且，這種蛋白結(jié)構(gòu)需要很多條不同基因的參與，把這些基因同時(shí)挪到哺乳動(dòng)物細(xì)胞里，同樣不簡(jiǎn)單。

　　在合成生物學(xué)技術(shù)的幫助下，研究團(tuán)隊(duì)終于把所需的多條基因轉(zhuǎn)入了哺乳動(dòng)物細(xì)胞系，并讓它們穩(wěn)定表達(dá)。功夫不負(fù)有心人。經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，這些細(xì)胞也終于能夠形成類似的中空蛋白結(jié)構(gòu)。

　　接下來(lái)，就是檢驗(yàn)這些結(jié)構(gòu)能否真的協(xié)助超聲成像了。研究人員們做了一組對(duì)照：在一部分癌細(xì)胞中，他們引入了這種中空蛋白結(jié)構(gòu)，在另一部分癌細(xì)胞中，他們使用的還是傳統(tǒng)的熒光蛋白。隨后，這些癌細(xì)胞被分別注射到小鼠的左右兩側(cè)，誘導(dǎo)生成腫瘤。

　　在幾天的誘導(dǎo)表達(dá)后，研究人員們清楚地看到了兩種系統(tǒng)之間的區(qū)別。限于組織的穿透性，溫馨卡盟在“熒光蛋白”組，我們只能看到“一坨”熒光，看不清太多細(xì)節(jié)。而在“中空蛋白結(jié)構(gòu)”組，超聲成像清楚地看到，只有腫瘤最外面一層有著報(bào)導(dǎo)基因（reporter gene）的表達(dá)。后續(xù)的組織學(xué)檢測(cè)，也證實(shí)了超聲成像的準(zhǔn)確性。

　　可以想象，如果這套系統(tǒng)能得到后續(xù)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)，我們就能對(duì)活體動(dòng)物里的基因表達(dá)進(jìn)行更好的研究與探索。這也正是為何許多科學(xué)家們對(duì)其表示出濃厚興趣的原因。“它能帶來(lái)觀察基因調(diào)控的全新方式”，一名沒(méi)有參與本研究的科學(xué)家說(shuō)到。

　　另一些科學(xué)家指出，這套系統(tǒng)對(duì)基因編輯能力有著很高的要求。想讓它得到更廣泛的應(yīng)用，我們還需要進(jìn)一步降低使用的門(mén)檻。

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