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解佩令·绿色荧光蛋白
热度 11 kongmoon 2016-9-8 08:42
柔柔水母,轻轻夜浪。 蛋白灯、萤色清亮。 借去基因,见草木、霓裳标榜。 沐蓝光、绿荧幽漾。 雕琢添彩,微丝任染。 细胞窥,缤纷跌宕。 赞叹奇才,慕名者、阖族追访。 又钱塘、射潮堤上! 在美国西北海岸所盛产一种叫做 Aequorea victoria 的水母,它们有着美丽的外表,在夜里会发出莹莹的绿光。 1962 年,日本科学家下村修在这种水母的发光器官内提取出天然绿色荧光蛋白,有别于萤火虫等以荧光素发光的生物。这种蛋白在紫外光下则呈现出绿色的荧光;美国科学家马丁·查尔菲听说绿色荧光蛋白时,他马上想到利用分子遗传学方法将绿色荧光蛋白基因转到其他生物中,很快他的想法先后在两种小线虫中得到表达,,确认了绿色荧光蛋白可作为一种通用的基因标志,而应用于各种有机体中。 华裔科学家钱永健及其合作者解决了绿色荧光蛋白的晶体结构问题,能对 GFP 的变体合成进行设计,创造出荧光更强颜色更丰富多彩的 GFP 变体,有的呈黄色,有的呈蓝色,有的呈红色,有的可按激活程度不同而变色。让 GFP 能同时对不同的蛋白标记,多角度地观察不同功能的蛋白质和细胞。 GFP 在科学研究上有着非常广泛的应用,因为它能够使我们直接看到细胞内部的运动情况。比如,我们可以把 GFP 它连接到一种病毒上。然后用紫外光照射,绿光在宿主体内扩散的路径就是病毒感染的路径;把 GFP 链接在载体或囊泡上,就可能通过显微镜观察到细胞内部的物质运输。 2008 年 10 月 8 日,诺贝尔奖委员会宣布上述三位科学家因发现并发展了绿色荧光蛋白( GFP )而共同获得当年的诺贝尔化学奖。 2016 年 8 月 24 日,钱永健在美国俄勒冈州因意外去世,享年 64 岁。他是“钱王射潮”主角吴越王钱镠的第 34 代裔孙,堂伯父是中国导弹之父钱学森。钱永健为人直爽,在获奖后对中国记者说“我不是中国科学家。我在美国长大,并一直在这里生活……但我希望奖项能鼓舞中国的学生和科学家。”。 2009 年,钱永健又在香港中文大学说,“我在美国出生、成长,我不太会说中文,我是美国科学家,这一点很确定,我不是中国科学家。血统出身并不能决定一个人的身分,一个成功的科学家必出于一个开放的社会,自由的环境是培育科学家的要件。”
个人分类: 化学|7622 次阅读|22 个评论
GFP系列(三) 不同颜色信号的leak through
热度 1 小水獭 2013-8-27 04:33
之所以Roger Tsien 实验室要花大力气产生不同颜色的荧光蛋白.又一个原因就是可以在同一个细胞同时观察不同蛋白的亚细胞定位. 在下图所示,由不同颜色荧光蛋白标记的细胞分裂过程. modified from : figure 11 http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/probes/fpintroduction.html 但是不同荧光蛋白(FP),如果激发光谱或者释放光谱很接近,就会导致leak though.比如打算拍绿色信号,但是红色信号也有一部分未被过滤. 本来小水獭简单地认为,就是因为倒U型曲线的覆盖.但是实际上,对于XFPs还有另外一个原因. 荧光蛋白的荧光集团形成需要好几个步骤,对于红色荧光蛋白DsRed而言,它的形成中有一个绿色态(green state).未成熟的DsRed可能会被激发而发绿色荧光. 对于绿色荧光蛋白GFP而言,它的光漂白(photobleaching)有一种情况就是在缺氧条件下,虽然激发光是488nm,GFP可能释放红色荧光. 荧光集团成熟过程如下图所示: 上图来源于 ChuDakov 2010 figure 6 这张图解释了我的一个疑问,就是荧光集团的成熟是否需要光激活,还是FPs在光激活以前荧光发色团已经形成.这张图中看来,有些荧光集团成熟好像是需要光子提供能量的,但是GFP是不需要的. 所以荧光蛋白的leak through 还是一个有多种原因的现象. 参考文献: (1) Roger Tsien Annu. Rev. Biochem. 1998. 67:509–44 The green fluorescence protein (2) http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/probes.html (3)Chudakov DM, Matz MV, Lukyanov S, Lukyanov KA (2010) Fluorescent proteins and their applications in imaging living cells and tissues. Physiol Rev 90:1103-1163.
个人分类: 活色生香de生物科学|12384 次阅读|3 个评论
GFP系列(二) 为什么mCherry 的荧光就这么不稳定?
热度 2 小水獭 2013-8-26 14:51
在细胞里 tdTomato有严重的aggregation,不过在细胞质里也还是有弥散状分布的tdTomato.但是似乎bleaching 和quenching只发生在弥散分布的tdTomato蛋白里,aggregation的亮点似乎没有太大的荧光衰减.难道aggregation有助于蛋白稳定?更稳定的结构保证荧光集团的稳定? 在ZIESS网页: zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/probes/anthozoafps.html (page 3/18)中提到 最初的DsRed是四聚体,荧光较稳定,但是不适合实际应用.在实验室产生单体RFP(red fluorescence protein)非常难,使用了不断突变.第一代单体RFP荧光较弱,而且非常容易photobleaching.RFP和DsRed主要区别就是一个是单体一个是四聚体.看来寡聚化(oligomerization)对荧光稳定性是有帮助的. -------------------------------------------------------------------------- (1)pH 今天我测了所有接触样品的试剂的pH.固定液多聚甲醛PA,和Carboiimide(EDC),以及清洗试剂PB都是pH7.4,在这个pH mCherry应该是稳定的.所以我想pH的因素可以排除. (2)光强 试试减弱激发光的光强. 按照今天的实验结果来看,光强是目前影响最大的因素. 以前小水獭想尽量减少曝光时间,总觉得曝光时间越长,荧光衰减越快. 但是减弱光强,单位时间内荧光集团接受能量减少,从今天的结果来看,是有利于荧光的稳定的. (3)抗氧化剂 谢谢徐磊的指点,提醒我还有一条路就是加抗氧化剂. 在Tsien R 1998 的review里也提到了Trolox, 维他命E衍生物,可用于荧光保护. Cell-permeant antioxidants may be helpful in protecting such GFPs from bleaching. An example is Trolox, 6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2- carboxylic acid, a water-soluble vitamin E analog commercially available from Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI. 我搜到了另一篇文章 Campos LA, Liu J, Wang X, Ramanathan R, English DS, Munoz V (2011) A photoprotection strategy for microsecond-resolution single-molecule fluorescence spectroscopy. Nature methods 8:143-146 是使用Trolox的. (4)封片试剂 mounting medium Tsien 1998 里提到了FPs对酸和有机试剂敏感,我就开始紧张封片试剂mounting medium了. 刚好搜到下文: Malkani N, Schmid JA (2011) Some secrets of fluorescent proteins: distinct bleaching in various mounting fluids and photoactivation of cyan fluorescent proteins at YFP-excitation. PLoS One 6:e18586. 文章用CFP和YFP测试两种封片试剂来自于Dako和ultramount,不过我们实验室用的是Vector公司的mountingshield.文中提到,目的是保护荧光的封片试剂,其中的有机溶剂,主要是甘油glycerol可能会影响FP. 文中还提到最佳的保护溶剂是PB:glycerol=1:7.小水獭腹黑的笑了,以为找到了终极秘籍. 今天小水獭对照试验了三种封片试剂(1)PB,(2)mounting medium (3) PB+glycerol,坑爹啊!!!!!!!!!!!!! PB最好,mounting medium 其次,他们建议的PB+glycerol最不灵,片子毁得一塌糊涂,背景高的吓人.信号却没了 不过目前小水獭认为,对fixed tissue,封片试剂确实不能提高荧光稳定性,哦..........还不如PB. 但是对于化学合成的抗体偶联荧光分子,比如Alexa,Texasred 系列,封片试剂应该是有帮助的. (5)新鲜配置4%PA Dr.Pan建议以后最好每周新配PA,小水獭想也许应该这样的.
个人分类: 活色生香de生物科学|47398 次阅读|9 个评论
GFP系列(一) XFPs不用不知道的缺点
小水獭 2013-8-26 12:36
前言: 小水獭最近实验遇到很不开心的问题,就是荧光蛋白漂白的很快,拍不到理想的照片.于是小水獭下定决心,好好弄明白这个问题. GFP系列(一) GFP好像还是FP家族最好的一个 绿色荧光蛋白(green fluorescence protein, GFP)最初是来自于一种水母 Aequorea victoria 的发光蛋白.2008年诺贝尔奖颁发给三位科学家 下村脩(Osamu Shimomura)、Martin Chalfie 和钱永健 (Roger Tsien).就是由于他们三位在GFP上里程碑式的贡献.尽管在Roger Tsien的实验室研制了许许多多GFP的突变衍生物(参照图1),可以发出不同颜色的荧光.但是小水獭的感觉,在实际应用上,好像还是自然进化来源的GFP各方面指标最好. http://www.rsc.org/ej/CS/2009/b904023d/b904023d-f9.gif 在实际应用上,有各方面的指标:比如 光学稳定性,不容易漂白(bleaching,quenching);荧光强度;不形成集聚(aggregation);pH稳定性;不产生细胞毒性(因为FP的荧光集团形成会产生H2O2). 从文献上看,很多种GFP衍生物都很理想,可是使用起来,小水獭表示很抓狂.mCherry已经是Roger Tsien实验室发表文章中大力推荐的一个,可是小水獭用起来,~~~~(_)~~~~ 说多了都是泪 . 主要缺点就是荧光发光集团不稳定.一拍照就漂白的差不多了. 另一些来自于珊瑚虫DsRed及其衍生荧光蛋白可产生集聚aggregation(见图2).对于tdTomato链接的蛋白的表达不利.但是使用GFP就不会有这两方面缺点,虽然荧光强度比tdTomato弱比较多. http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/spectralimaging/images/spectralfretfigure4.jpg 参考文献: Shaner NC, Steinbach PA, Tsien RY (2005) A guide to choosing fluorescent proteins. Nature methods 2:905-909. http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/probes/index.html
个人分类: 活色生香de生物科学|12554 次阅读|0 个评论
[转载] 美制成首个活细胞激光器
alexchu 2011-6-14 21:38
文章来源:科技日报 常丽君 发布时间:2011-06-14 据美国物理学家组织网6月13日(北京时间)报道,美国马萨诸塞州综合医院研究人员成功利用表达了绿色荧光蛋白(GFP)的肾脏细胞产生了一种纳秒级的激光脉冲,首次用单个活细胞作为增益介质产生了激光。相关论文将于近日发表在《自然·光子学》杂志上。 产生激光通常要有3个要素,第一是光源,第二是受激产生激光的“增益介质”,第三是将所产生的光聚拢到一起的“光学共振腔”。哈佛医学院皮肤病学副教授、论文作者尹淑贤(韩国名)博士说,激光发明50年来,通常都是用合成材料如晶体、染料、纯净气体作为光学增益介质,光脉冲在两面镜子间来回反射,在这些介质中被放大。而我们选择了能表达绿色荧光蛋白(GFP)的肾脏细胞作为增益介质。 GFP蛋白最初是在水母中发现,可在不添加其他酶的情况下诱导发光。研究人员给一个直径约20微米宽、1英寸(2.5厘米)长的圆筒两边装上镜子作为光学共振腔,共振腔内装满GFP水溶液,再向其中放入肾脏细胞。结果发现,肾脏细胞不仅能产生激光脉冲,而且能像透镜一样将光回聚并诱导激光发射。 更重要的是,该激光设备中的细胞在发光过程中仍然存活,能持续产生数百次激光脉冲。尽管单个激光脉冲比较微弱,仅持续几纳秒,但却很明亮,很容易探测到。 论文主要作者、马萨诸塞州综合医院马尔特·加特说,这一成果源于好奇心。由于此前激光均由各种机械装置生成,他和同事就想,“ 为什么自然界中没有生物能制造激光 ”,产生了用细胞组织试试看的念头,结果显示这是有可能实现的。 对于这项成果的运用前景,研究人员提出了几种可能。首先,由于不同的细胞结构所产生的激光在光学性质上有差异,可以通过分析最后得到的光,来研究细胞和机体组织;第二,目前医学上有一种光动力疗法,可把对光敏感的药物送到要医治的机体部位,然后用光照来激发药效,如果在这种疗法中能用上“细胞激光器”,也许可以增进疗效。 但要在机体组织内产生激光,还要解决一个问题,即如何在机体组织内形成一个光学共振腔,而不是像本次研究那样利用外部的两面小镜子。“下一步,我们希望能在细胞里植入一种类似于镜盒的结构作为光学共振腔。而我们的长期目标是找到一种方法,将无生命的光通讯和计算机拓展到生物技术领域,这在一些涉及电子与生物组织转换界面的项目上尤其重要。”马尔特·加特补充说。 随便说两句:我承认,虽然我是做激光的,但是我绝对没有想到用活体细胞来做激光增益介质。这就是所谓的创新,所谓的idea吧? 呵呵,我又想,如果是在国内,你这样尝试,会不会被人当做不务正业呢? 也许,当国人看到这篇报道,会不会立马想到利用不同的细胞、不同波长的泵浦激光、不同的。。。来发表100篇类似的文章?
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