自然界生物发光现象到科研技术之活体成像之路
- 2024-12-06 09:25:05
生物发光与荧光 活体发光成像技术主要有生物发光（bioluminescence）与荧光（fluorescence）两种技术。从定义上看，荧光技术是荧光染料、探针、蛋白（GFP、YFP等）受***定波长的光激发后，在极短时间内会发射出波长大于激发波长的光，这种光称为荧光。而生物发光则是依靠酶促反应产生自发光信号，是化学能转化为光能，无需激发光，背景更低，灵敏度更高没有背景光源干扰。更加适合作为活体成像分析手段。
自然界中存在着数千种发光的生物，比如发光的蘑菇、发光的海洋生物、发光的昆虫等，如我们***熟悉的萤火虫、水母。
向上滑动阅览 17世纪 爱尔兰化学***、物理学***和自然哲学***Robert Boyle发现了能够产生微光的腐烂木材，这是关于生物发光现象的第***份文献记载的报道。20世纪40年代 约翰霍普金斯大学年轻的生物化学教授William McElroy发现ATP是生物发光的能量来源。20世纪70年代中期 乔治亚大学的米尔顿·J·寇米耶（Milton J. Cormier）及普林斯顿大学的下村修和弗兰克·约翰逊（Frank Johnson）独立的发现了海肾荧光素酶(Renilla reniformis)，在氧气存在的条件下，可以催化腔肠素(Coelenterazine)氧化成Coelenteramide，反应过程无需ATP和镁离子参与。在Coelenterazine氧化的过程中，会发出波长为480nm左右的生物荧光(bioluminescence)。 海肾荧光素酶（Renilla）及其底物腔肠素H知识请看 ↓↓↓ 萤火虫萤光素酶 萤火虫萤光素酶具备的生物发光特性、极高的灵敏度和快速简单的检测流程等特点，对分子生物学***的研究有重要的影响。 2012 迎来革新性的萤光素酶 NanoLuc Luciferase 的诞生，并成为当年 The Scientist 杂志评选的全球十大创新技术，NanoLuc Luciferase 只有19KD，是目前世界上***亮的萤光素酶。 从17世纪年到21世纪，从生物发光现象被开始报道，科学***们对生物发光现象的研究就没有停止过，生物发光产品的***直在更新。 目前市面上已经出现3种主要的荧光素酶产品：萤火虫荧光素酶（Firefly）、海肾荧光素酶（Renilla）及NanoLuc荧光素酶。 Furimazine 小鹭同学***主要介绍的产品是NanoLuc荧光素酶的底物Furimazine。 NanoLuc 萤光素酶为小分子量、非 ATP 依赖型酶，其与呋喃嗪（furimazine，新腔肠素类似物）结合后可产生高强度辉光型发光信号。NanoLuc 荧光素酶是对深海虾（Oplophorus gracilirostris）萤光素酶进行工程改造而制得的***种酶，分子量仅为 19.1 kDa，远小于萤火虫（Photinus pyralis）和海肾（Renilla reniformis）萤光素酶的分子量。但NanoLuc 萤光素酶所产生的发光信号强度约是萤火虫和海肾萤光素酶 100 倍。 Furimazine 是***种咪唑并吡嗪酮类的发光底物，在活体生物成像中发挥至关重要的作用。NanoLuc 荧光素酶是***种性能卓越的生物发光报告基因，它结合底物furimazine可产生高强度、辉光型发光。例如：在哺乳动物细胞中，NanoLuc 与 Furimazine 联用可产生更亮的发光，比带有Coelenterazine的 Oluc-19 高 250万倍。Furimazine在细胞培养基中比Coelenterazine更稳定，产生更低的自发发光。 Furimazine的应用 # Furimazine在活细胞成像中的应用时几乎不会对融合伴侣功能产生干扰、曝光时间仅需几秒钟、信号可持续几小时至几天。 # Furimazine在小动物活体成像中的应用时会有更明亮的体内信号、更低的毒性、更适合深部的器官等特点。
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