研究人员开发了一种突破性的方法，以扩大生物发光蛋白的颜色调色板用于细胞标记。通过创造出20种不同的颜色，他们使得使用标准相机能够同时检测多个标记细胞。这种创新的方法简化了在一个种群中追踪单个细胞的过程，并对监测细胞命运或识别对药物有独特反应的稀有细胞等应用具有重要潜力。
利用荧光蛋白成像活细胞长期以来一直是理解细胞行为的关键技术。虽然生物发光蛋白相较于荧光蛋白有几个优势，但颜色变体的有限可用性使得同时观察多个靶标变得困难。现在，大阪大学的SANKEN（科学与产业研究所）的研究人员开发了一种突破性的方法，将生物发光蛋白的颜色调色板扩展到20种不同的颜色，从而实现先进的多色同时成像。
细胞是生命的基本构件。理解它们如何运作对于生物科学、医学和药物发现的进展至关重要。光学标记技术允许科学家观察细胞行为、追踪细胞命运，以及识别具有特定特征的细胞。虽然荧光蛋白广泛用于这些目的，但由于其独特的优势，生物发光蛋白正越来越受欢迎。
生物发光是活生物体自然发光的现象，由一种通常是荧光素酶的酶催化的化学反应产生，作用于生物发光底物。与荧光蛋白不同，生物发光蛋白不需要外部光源激发，从而避免了光毒性和背景光等问题。然而，其使用受到可用颜色数量少的限制。拥有独特且易于区分的颜色对于同时追踪多个靶标至关重要。
此前，通过将一种亮度极高的荧光素酶NanoLuc与荧光蛋白耦合，创建了一种五种颜色系列的生物发光标签。这项技术利用了底物激发态能量转移到荧光蛋白的过程，从而改变生物发光的颜色。虽然效果显著，但这一五色调色板对于更复杂的成像需求仍然不足。大阪大学的研究人员现在通过将生物发光颜色调色板扩展到20种颜色，解决了这一挑战，在多色成像技术上取得了重大进展。
“我们没有将NanoLuc与单一的荧光蛋白融合，而是与两个融合，”首席作者服部光说。“这种方法使我们能够通过微调荧光蛋白的组合，获取更广泛的生物发光颜色。”
研究人员在其新生物发光蛋白标签方面取得了显著的里程碑。他们捕捉到了一幅单次拍摄的图像，里面是表达所有20种生物发光蛋白的细胞混合体，利用这些标签可视化不同的亚细胞成分，并展示了它们在活体小鼠中的能力。此外，他们成功进行了几小时内细胞行为的时间推移观察，同时追踪了七个不同的标签。
“真正令人兴奋的是，我们可以使用标准智能手机相机同时检测所有20种颜色，没有任何时间延迟，”资深作者长井隆晴解释道。“这一创新使得监测多个靶标或者在一个种群中追踪单个细胞变得更加简便和具有成本效益。”
这些新开发的生物发光颜色具有可能革命化细胞命运追踪的潜力，提供有关细胞如何发展成特定细胞类型的见解，并识别对药物有独特反应的细胞。该团队在生物发光成像方面的突破为生物研究、药物发现和医学科学的进展开启了新大门。拥有如此生动的“彩虹”生物发光颜色，谁知道前面还会有什么科学宝藏？
