一组研究人员开发了突破性的仪器，利用光实时准确地操控活细胞内的蛋白质。这一重要进展有可能改变我们研究复杂细胞功能的方式，并可能在医学和合成生物学领域带来重大进展。
乌梅奥大学的一组科学家创造了尖端的光控工具，提供了在活细胞内实时精确控制蛋白质的能力。这一创新研究为调查复杂的细胞机制提供了新的途径，并可能在医学和合成生物学领域带来重大的进展。
“细胞机制复杂，并且基于细胞内的时间和空间背景不断变化。我们的新化学工具，具有光开关，将使控制这些细胞过程变得更容易，从而能够实时研究细胞功能。我们还可以定义细胞或组织内微米级的调节点，”乌梅奥大学化学教授吴耀文说。
细胞的复杂活动依赖于蛋白质在时间和空间上的精确分布和相互作用。有效管理蛋白质或基因的角色对现代生物学研究至关重要。然而，传统的基因技术如CRISPR-Cas9通常在较长的时间轴上操作，这可能导致细胞适应。这些方法也缺乏探索细胞内动态过程所需的空间和时间精度。
为了解决这些挑战，研究人员采用了创新的化学光遗传学系统作为强有力的工具。这些系统结合了化学物质、光学技术和基因修饰的蛋白质，利用光敏分子准确控制细胞内特定位置的蛋白质功能。吴耀文教授的实验室在开发这些化学光遗传学技术方面处于前沿。
在他们早期的工作中，吴的实验室引入了一种利用分子胶水连接两个蛋白质的系统，从而改变蛋白质的位置或活性。这些分子胶水可以通过去除或切割光敏成分的光进行激活或停用。尽管这些进展是显著的，但它们在应用上存在局限性，并且在光和化学物质中缺乏足够的稳定性。
在最近发表的两篇被认定为热论文的文章中，发表于Angewandte Chemie International Edition和Chemistry – A European Journal，吴的团队制造了下一代化学光遗传学仪器，具有可光开关的分子胶水。这些改进解决了早期系统的不足。新设计的分子胶水可以像电灯开关一样通过特定的光波长进行“开”或“关”的切换，使多个激活周期能够提升或抑制蛋白质的功能。
“新的模块化设计在系统内提供了卓越的灵活性，具备适应性特性和增强的稳定性，”乌梅奥大学化学系研究科学家张俊解释道。
“我们的实验展示了对各种细胞功能的精确管理，包括调节蛋白质活性、定位细胞器和控制蛋白质水平，”乌梅奥大学化学系的博士后研究员劳拉·赫尔佐格评论道。
