自動熒光顯微系統：高效光控蛋白

光遺傳學是近年來最具創新性的顯微技術之一，通過結合遺傳學和光學方法，科學家們可以利用光來特異性控制活細胞中精確時間段的蛋白活性，以及蛋白相互作用。

在進行光遺傳學實驗的時候，研究人員經常需要使用一種激光共焦顯微鏡的光漂白模式（photobleaching mode）。雖然目前特殊激光或其它通過光學半導體作為數字微鏡設備（digital micromirror devices）的照明系統，已經得到了長足發展，但是這些設備價格依然居高不下，而且也只能用于細胞生物學研究中的幾種光應答蛋白。

       為了解決這一問題，來自日本香川大學的Nobukazu Araki與他的同事研發出了一種自動熒光顯微系統，這種系統采用傳統的光學零件和軟件，能操控活細胞中的基因編碼光應答蛋白。這一研究成果公布在6月的Microscopy雜志上。

       “這個系統比其它采用光漂白模式的共焦顯微鏡或數字微鏡設備更加便宜，而且也能有效的激活光敏蛋白，”Araki說。

       Araki和他的團隊利用一種稱為MetaMorph的成像軟件，編寫活細胞自動化延時成像程序，這種程序也能幫助研究人員控制光的波長和強度，光活化的持續時間，以及靶標照明區域的大小。

       為了驗證這一系統，研究人員對小鼠進行了基因改造，令其巨噬細胞樣細胞表達一種蛋白：Rac1（這種蛋白能操控細胞運動）與一種光敏蛋白light-oxygen-voltage 2 (LOV2)結構域的融合蛋白，后者是在植物中發現的蛋白（phototropins）。

       然后研究人員又利用藍光激活了光敏Rac1蛋白，導致細胞膜紊亂，這是許多活性遷移細胞的典型特征。這種應答是可逆的，也就是說在藍光照射下一到兩分鐘內，細胞能表達光敏Rac1細胞膜紊亂，這段時間與細胞被照射的時間一樣長，隨著光源被關閉這種特征也在隨后幾分鐘內減少。

       這項研究表明了非激光的傳統熒光顯微技術，也能有效的用于涉及光敏 Rac1蛋白的光遺傳學實驗。作者認為，這種便捷的顯微系統將有助于光應答蛋白在細胞生物學中的應用，也將極大的擴增其應用范圍。

       “我們目前利用這一顯微鏡系統進行光動力癌癥療法的研發”，Araki說，“我們希望這種簡單可靠的系統能用于廣泛的遺傳學研究，促進生物醫學的進步。”