萊斯大學(xué)和貝勒醫(yī)學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種分離特定細(xì)胞的新方法，并在此過程中發(fā)現(xiàn)了更強(qiáng)大的熒光蛋白。

平臺和蛋白質(zhì)都可能對合成生物學(xué)家和生物醫(yī)學(xué)研究人員非常有用。他們通常需要挑選出具有特定視覺表型的細(xì)胞，例如形狀或活性，這些形狀或活性取決于其遺傳或表觀遺傳組成或發(fā)育歷史。

萊斯大學(xué)的研究生Jihwan(James)Lee和FrançoisSt-Pierre，貝勒醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)助理教授，萊斯大學(xué)的電氣和計(jì)算機(jī)工程兼職助理教授，他們的團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)進(jìn)展》中報(bào)告了他們的研究結(jié)果。

Lee和他的同事稱他們的平臺SPOTlight為單細(xì)胞表型觀察和帶標(biāo)記的簡稱。它解決了現(xiàn)有分選技術(shù)的局限性，無法從異類種群中分離具有獨(dú)特特征的單個活細(xì)胞。

然后，他們利用蛋白質(zhì)工程方法開發(fā)了迄今為止報(bào)道的最光穩(wěn)定的黃色熒光蛋白質(zhì)。

Lee是第一作者，也是圣皮埃爾貝勒實(shí)驗(yàn)室的賴斯系統(tǒng)，合成和物理生物學(xué)項(xiàng)目的學(xué)生，他說：“我們基本上開發(fā)了一個平臺，可以篩選單個細(xì)胞的時空特性。”

他說：“這是通過首先在顯微鏡下觀察細(xì)胞來完成的。” “這些細(xì)胞表達(dá)一種特殊的蛋白質(zhì)，這樣一來，在所需的細(xì)胞上照亮一點(diǎn)就能使它們變成紅色。然后，我們可以使用一種稱為流式細(xì)胞儀的通用裝置輕松地將紅細(xì)胞與其余的細(xì)胞分離。”

賴斯大學(xué)和貝勒醫(yī)學(xué)院的研究人員開發(fā)了SPOTlight平臺，該平臺可加快細(xì)胞分選的速度，同時使過程更具通用性。作為概念驗(yàn)證，他們創(chuàng)造了迄今為止光穩(wěn)定性最高的黃色熒光蛋白。圖片來源：李智煥/米大學(xué)

該“特殊的”可光激活的熒光蛋白在被紫光照射后不可逆地從黑暗轉(zhuǎn)變?yōu)槊髁?。也可以使用可光活化的染料代替蛋白質(zhì)。實(shí)際上，細(xì)胞具有持久標(biāo)簽。

為了僅標(biāo)記感興趣的細(xì)胞，該團(tuán)隊(duì)使用了一種數(shù)字微鏡設(shè)備，該微型微鏡驅(qū)動的陣列也用在數(shù)字投影儀中，以使其能夠點(diǎn)亮單個細(xì)胞。Lee說：“這些微鏡旋轉(zhuǎn)并旋轉(zhuǎn)以定義樣品區(qū)域，直至單個細(xì)胞。” “這都是自動化的。有一個電動顯微鏡載物臺，可將成像板上的細(xì)胞移動到預(yù)定區(qū)域附近，而DMD僅在特定細(xì)胞上照射光。”

通過SPOTlight，研究人員可以隨時間觀察成千上萬的人類或酵母細(xì)胞，以發(fā)現(xiàn)具有理想細(xì)胞動力學(xué)，亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)或形狀的細(xì)胞。然后可以使用自定義軟件來識別具有所需配置文件的所有單元，并指示光源和DMD用紫光對它們進(jìn)行光激活。

“然后，我們使用流式細(xì)胞儀或細(xì)胞分選儀，可以檢測并回收我們標(biāo)記的細(xì)胞，而丟棄其余的細(xì)胞，”李說。“在我們回收了感興趣的細(xì)胞后，我們可以將它們送去測序或進(jìn)行進(jìn)一步的研究。”

李說，原型機(jī)可以在45秒到1分鐘內(nèi)標(biāo)記單個細(xì)胞。他說：“這取決于光的力量。” “有了更強(qiáng)大的光源，我們應(yīng)該能夠更快地做到這一點(diǎn)，也許每個單元只需幾秒鐘。”

為了證明SPOTlight的實(shí)用性，Lee和他的同事們使用它來篩選300萬個表達(dá)熒光蛋白文庫的突變細(xì)胞，最終鑒定并改進(jìn)了一種稱為mGold的黃色熒光蛋白。

“這是現(xiàn)有的稱為mVenus的熒光探針的變體，” Lee說。“ mVenus的問題是，它的光漂白非?？?。當(dāng)您不斷向其照射光時，它會變得越來越暗。如果長時間監(jiān)視表達(dá)mVenus的細(xì)胞，那么有時將無法檢測到熒光蛋白因此，我們決定篩選具有更好熒光穩(wěn)定性的mVenus突變體。”

他說，研究人員通常通過在表達(dá)這種蛋白質(zhì)的細(xì)菌菌落上照射光來改造熒光蛋白質(zhì)，以查看哪種蛋白質(zhì)最亮。Lee說，借助SPOTlight，“我們可以同時篩選亮度和光穩(wěn)定性”。“這不是人們通常做的事情，但是生物學(xué)并不是一成不變的。它在時空中移動，因此具有這些時間特性也很重要。