科学家证实生物荧光存在于动物界 荧光多重性引领生物技术新潮流
[2014/2/11]
研究人员上周在《科学公共图书馆—综合》上报告说，超过180种鱼类(至少50个门类)能够吸收光线，并以一种不同的颜色将其再次发射出来。科学家在配有黄色滤光片照相机的帮助下，发现栖息在热带太平洋的一些鱼类，例如扁头鱼(Cociellahutchinsi)正在进行着这些令人拍手叫绝的表演。
科学家首次证明生物荧光普遍存在于动物界
帮助主持这项研究工作的纽约市美国自然历史博物馆鱼类馆长JohnSparks表示：“它们就像正在进行着一场私人的灯光表演。”
为了开展自己的调查，研究人员与摄影师及摄像师一道，在巴哈马群岛及所罗门群岛附近的海域进行了采样，这些海域是分类学最为富集的区域。研究人员同时还调查了来自马达加斯加岛、亚马逊河以及美国五大湖地区的淡水物种，这些动物同样来自于宠物商店和公共水族馆。
研究人员在两种软骨鱼类(例如鲨鱼和鳐鱼)和硬骨鱼类(例如鳗鱼和扁头鱼)中发现了生物荧光现象。Sparks指出，这种现象出现在4亿多年前分开并趋异进化的物种中，表明它是通过许多次独立进化而得到的。
生物荧光现象与生物体发光现象不同，后者是指生物体通过一种化学反应产生光的过程。生物荧光还会出现在一些珊瑚、刺丝胞动物、节肢动物和鹦鹉中。
而鱼类中的生物荧光现象似乎是海洋生物中最普遍的。Sparks推测，这是因为海洋是一个相对稳定的环境，遍布着鲜蓝色的光线。随着海水越来越深，除了高能量的蓝色波长，可见光光谱中的大部分都被吸收了。淡水和深水生物荧光鱼尽管存在，但并不多见。事实上，最常见、最壮观和各种“珠光宝气”的鱼类往往是珊瑚礁中伪装的鱼类。
其中的许多鱼类在眼中生有黄色滤光器，后者能够识别作为一种物种间“隐藏信号”的生物荧光图案。例如，一些海洋鱼类会齐齐在满月下产卵，而月光下鲜艳的生物荧光有助于鱼类彼此识别。
并未参与该项研究的加利福尼亚州拉荷亚市斯克里普斯海洋研究所海洋生物学家DimitriDeheyn认为，这些发现为未来研究生物荧光在生态学中扮演的角色铺平了道路。
对于生物学家而言，这项研究同时确定了潜在的荧光蛋白宝库。荧光蛋白——例如最早于上世纪60年代在水母中发现的GFP(绿色荧光蛋白)——曾改变了基因表达、包括艾滋病在内的疾病，以及脑解剖学的研究历程。
荧光生物技术迎来美好新时代
美国国家过敏症与传染病研究所(NIAID)疫苗研究中心高级研究员MarioRoederer对荧光染料的未来与局限性有一定的理解。
近20年来，他一直从事T细胞的感染响应和疫苗的研究，一开始是作为斯坦福大学LenHerzenberg实验室的博士后，后来是NIAID某研究组的组长。在20世纪90年代初期到中期，Roederer回忆道，自己和同事在Herzenberg实验室利用流式细胞术，试图理解HIV-1感染对免疫系统的影响。
流式细胞术是免疫学实验室里的吃苦能手，研究者可以对细胞逐个进行分析，识别哪些会表达特定的细胞表面标记，哪些则不会进行表达，例如CD3、CD4和CD8。研究人员甚至可以通过一种特殊流式细胞仪——细胞分选仪，分离和扩增他们所感兴趣的细胞群。但问题在于，当Roederer开始做博士后时，可供使用的荧光颜色尚不充足，无法细究繁杂缭乱的人类免疫系统。
“我们意识到，我们的缺陷之一在于不能充分地研究免疫系统。”他说道。
那时，流式细胞术局限于四色通道上，缺少可用、可分离的荧光标记，远远无法满足免疫细胞亚型的深入研究。但当Roederer离开实验室的时候，可用通道的数目已经增加到了12个，这是硬件、软件和免疫化学共同发展的结果。到了21世纪初，该数目达到了18个通道，这要归功于量子点公司(QuantumDot公司，现在属于LifeTechnologies的一部分)使用的纳米粒子级量子点。
通过这些18色面板，Roederer的研究小组不仅能鉴定出感兴趣的细胞，而且还能探究它们的行为。“你仅仅需要6色或8色来鉴定细胞。”他解释说，“然后你需要使用其他的颜色，才能探究它们在做什么。”在近期的一篇论文中，Roederer实验室将干细胞样的记忆T细胞描述成CD45RO-、CCR7、CD45RA、CD62L、CD27、CD28和IL-7R[α]标记的T细胞“分组”下的CD95、IL-2R[β]、CXCR3和LFA-1标记的细胞亚群。
美用生物荧光蛋白观察神经元内蛋白质运动过程
神经元内部区室分两种：轴突部分和树突部分。轴突是负责把电信号传给其他神经元的区域，而树突是从其他神经元接受信号的区域。论文领导作者、南加州大学博士生萨曼德?阿尔巴萨姆说：“十几年前人们就知道，蛋白质具有专门的定向性，只能进入其中一种区室。但不知道这种定向是怎么发生的，直到我们亲眼目睹了它们是怎么向其中一种区室移动的。”
上世纪九十年代中期，科学家从水母体内分离出绿色荧光蛋白(GFP)。GFP受到蓝光照射时，会发出亮绿色的荧光。用GFP做标记让人们能看到细胞和神经元内部的蛋白质。但因为神经元内有许多不同的、互相重叠连接的路径，至今还无法看到蛋白质在神经元内部的流动。
阿尔巴萨姆和同事开发出一种新技术，让人们进一步看清了蛋白质是怎样定向进入到两种区室之一的。他们通过阻塞单条路径，使浸满了GFP的运输泡产生堆积。运输泡是一种携带膜蛋白的小泡泡，能在神经细胞内上下移动。然后用一种小分子药物，使这些堆积的发光运输泡在一次强光脉冲下突然释放。论文通讯作者、南加州大学栋赛夫文理学院分子与计算生物学副教授多恩?阿诺德解释说：“结果令人非常吃惊。我们发现那些携带膜蛋白质的运输泡，应该进入树突的并不是一开始就瞄准了树突区室，而是两种区室都有进入。但那些进入轴突区室的很快就停下来，被阻止进一步深入。”
科学家首次证明生物荧光普遍存在于动物界
帮助主持这项研究工作的纽约市美国自然历史博物馆鱼类馆长JohnSparks表示：“它们就像正在进行着一场私人的灯光表演。”
为了开展自己的调查，研究人员与摄影师及摄像师一道，在巴哈马群岛及所罗门群岛附近的海域进行了采样，这些海域是分类学最为富集的区域。研究人员同时还调查了来自马达加斯加岛、亚马逊河以及美国五大湖地区的淡水物种，这些动物同样来自于宠物商店和公共水族馆。
研究人员在两种软骨鱼类(例如鲨鱼和鳐鱼)和硬骨鱼类(例如鳗鱼和扁头鱼)中发现了生物荧光现象。Sparks指出，这种现象出现在4亿多年前分开并趋异进化的物种中，表明它是通过许多次独立进化而得到的。
生物荧光现象与生物体发光现象不同，后者是指生物体通过一种化学反应产生光的过程。生物荧光还会出现在一些珊瑚、刺丝胞动物、节肢动物和鹦鹉中。
而鱼类中的生物荧光现象似乎是海洋生物中最普遍的。Sparks推测，这是因为海洋是一个相对稳定的环境，遍布着鲜蓝色的光线。随着海水越来越深，除了高能量的蓝色波长，可见光光谱中的大部分都被吸收了。淡水和深水生物荧光鱼尽管存在，但并不多见。事实上，最常见、最壮观和各种“珠光宝气”的鱼类往往是珊瑚礁中伪装的鱼类。
其中的许多鱼类在眼中生有黄色滤光器，后者能够识别作为一种物种间“隐藏信号”的生物荧光图案。例如，一些海洋鱼类会齐齐在满月下产卵，而月光下鲜艳的生物荧光有助于鱼类彼此识别。
并未参与该项研究的加利福尼亚州拉荷亚市斯克里普斯海洋研究所海洋生物学家DimitriDeheyn认为，这些发现为未来研究生物荧光在生态学中扮演的角色铺平了道路。
对于生物学家而言，这项研究同时确定了潜在的荧光蛋白宝库。荧光蛋白——例如最早于上世纪60年代在水母中发现的GFP(绿色荧光蛋白)——曾改变了基因表达、包括艾滋病在内的疾病，以及脑解剖学的研究历程。
荧光生物技术迎来美好新时代
美国国家过敏症与传染病研究所(NIAID)疫苗研究中心高级研究员MarioRoederer对荧光染料的未来与局限性有一定的理解。
近20年来，他一直从事T细胞的感染响应和疫苗的研究，一开始是作为斯坦福大学LenHerzenberg实验室的博士后，后来是NIAID某研究组的组长。在20世纪90年代初期到中期，Roederer回忆道，自己和同事在Herzenberg实验室利用流式细胞术，试图理解HIV-1感染对免疫系统的影响。
流式细胞术是免疫学实验室里的吃苦能手，研究者可以对细胞逐个进行分析，识别哪些会表达特定的细胞表面标记，哪些则不会进行表达，例如CD3、CD4和CD8。研究人员甚至可以通过一种特殊流式细胞仪——细胞分选仪，分离和扩增他们所感兴趣的细胞群。但问题在于，当Roederer开始做博士后时，可供使用的荧光颜色尚不充足，无法细究繁杂缭乱的人类免疫系统。
“我们意识到，我们的缺陷之一在于不能充分地研究免疫系统。”他说道。
那时，流式细胞术局限于四色通道上，缺少可用、可分离的荧光标记，远远无法满足免疫细胞亚型的深入研究。但当Roederer离开实验室的时候，可用通道的数目已经增加到了12个，这是硬件、软件和免疫化学共同发展的结果。到了21世纪初，该数目达到了18个通道，这要归功于量子点公司(QuantumDot公司，现在属于LifeTechnologies的一部分)使用的纳米粒子级量子点。
通过这些18色面板，Roederer的研究小组不仅能鉴定出感兴趣的细胞，而且还能探究它们的行为。“你仅仅需要6色或8色来鉴定细胞。”他解释说，“然后你需要使用其他的颜色，才能探究它们在做什么。”在近期的一篇论文中，Roederer实验室将干细胞样的记忆T细胞描述成CD45RO-、CCR7、CD45RA、CD62L、CD27、CD28和IL-7R[α]标记的T细胞“分组”下的CD95、IL-2R[β]、CXCR3和LFA-1标记的细胞亚群。
美用生物荧光蛋白观察神经元内蛋白质运动过程
神经元内部区室分两种：轴突部分和树突部分。轴突是负责把电信号传给其他神经元的区域，而树突是从其他神经元接受信号的区域。论文领导作者、南加州大学博士生萨曼德?阿尔巴萨姆说：“十几年前人们就知道，蛋白质具有专门的定向性，只能进入其中一种区室。但不知道这种定向是怎么发生的，直到我们亲眼目睹了它们是怎么向其中一种区室移动的。”
上世纪九十年代中期，科学家从水母体内分离出绿色荧光蛋白(GFP)。GFP受到蓝光照射时，会发出亮绿色的荧光。用GFP做标记让人们能看到细胞和神经元内部的蛋白质。但因为神经元内有许多不同的、互相重叠连接的路径，至今还无法看到蛋白质在神经元内部的流动。
阿尔巴萨姆和同事开发出一种新技术，让人们进一步看清了蛋白质是怎样定向进入到两种区室之一的。他们通过阻塞单条路径，使浸满了GFP的运输泡产生堆积。运输泡是一种携带膜蛋白的小泡泡，能在神经细胞内上下移动。然后用一种小分子药物，使这些堆积的发光运输泡在一次强光脉冲下突然释放。论文通讯作者、南加州大学栋赛夫文理学院分子与计算生物学副教授多恩?阿诺德解释说：“结果令人非常吃惊。我们发现那些携带膜蛋白质的运输泡，应该进入树突的并不是一开始就瞄准了树突区室，而是两种区室都有进入。但那些进入轴突区室的很快就停下来，被阻止进一步深入。”
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