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有哪些新型蛋白發(fā)光染液的標(biāo)記技術(shù)正在研發(fā)中?

更新時(shí)間:2025-08-27      點(diǎn)擊次數(shù):21
近年來(lái),蛋白發(fā)光染液的標(biāo)記技術(shù)在材料科學(xué)、生物技術(shù)和檢測(cè)方法等領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展,以下是當(dāng)前正在研發(fā)的新型技術(shù)及其應(yīng)用突破:

一、生物正交反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的多色標(biāo)記技術(shù)

深圳灣實(shí)驗(yàn)室蔡羽軒課題組通過優(yōu)化TAMM 縮合反應(yīng),將其反應(yīng)速度提升 1000 倍以上,并結(jié)合基因密碼子擴(kuò)展技術(shù)與序列特異性蛋白酶,成功實(shí)現(xiàn)了三種不同膜蛋白的特異性標(biāo)記1。該技術(shù)通過巧妙組合生物正交反應(yīng),可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)四色熒光標(biāo)記,達(dá)到共聚焦顯微鏡的成像顏色上限。更重要的是,這種方法還能在小鼠活體中實(shí)現(xiàn)雙色熒光標(biāo)記,為多靶點(diǎn)動(dòng)態(tài)研究提供了可能。這種技術(shù)突破解決了傳統(tǒng)熒光蛋白體積大、光穩(wěn)定性不足的問題,同時(shí)通過小分子染料的高亮度特性提升了成像精度。

二、量子點(diǎn)在單病毒追蹤中的動(dòng)態(tài)標(biāo)記

南開大學(xué)龐代文團(tuán)隊(duì)開發(fā)的量子點(diǎn)單病毒追蹤技術(shù)(QSVT),利用量子點(diǎn)的高亮度、窄發(fā)射譜和的光穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞中病毒感染過程的長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)2。該技術(shù)通過標(biāo)記病毒的內(nèi)外組分,結(jié)合熒光顯微鏡和圖像處理算法,可解析病毒從進(jìn)入宿主細(xì)胞到釋放基因組的完整動(dòng)態(tài)路徑。例如,在 HIV 病毒研究中,QSVT 技術(shù)揭示了病毒與宿主細(xì)胞膜融合的納米級(jí)動(dòng)力學(xué)細(xì)節(jié),為抗病物開發(fā)提供了直接證據(jù)。

三、金屬納米簇的精準(zhǔn)合成與應(yīng)用

河南大學(xué)楊文勝課題組通過調(diào)控 NaOH 的加入時(shí)間和濃度,在低牛血清白蛋白(BSA)濃度下合成了熒光金納米簇,并揭示了其發(fā)光性質(zhì)的調(diào)控機(jī)制3。這種納米簇不僅在金屬離子傳感中表現(xiàn)出高靈敏度,還因其生物相容性被用于細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的標(biāo)記。例如,通過表面修飾靶向肽段,金納米簇可特異性標(biāo)記腫瘤細(xì)胞表面的 HER2 受體,結(jié)合近紅外成像實(shí)現(xiàn)活體腫瘤的高對(duì)比度可視化。

四、CRISPR 介導(dǎo)的基因編碼標(biāo)記技術(shù)

賽默飛世爾的TrueTag 供體 DNA 試劑盒結(jié)合 CRISPR-Cas9 技術(shù),實(shí)現(xiàn)了無(wú)需克隆步驟的快速基因標(biāo)記4。該技術(shù)通過一步 PCR 法制備供體 DNA,可在目的蛋白的 N 端或 C 端插入 GFP、RFP 等熒光標(biāo)記或表位標(biāo)簽(如 HA、FLAG),編輯效率高達(dá) 100%。北京大學(xué)陳匡時(shí)課題組開發(fā)的CRISPR/MB 系統(tǒng),則將分子信標(biāo)(MB)與 dCas9-sgRNA 復(fù)合體結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞中單基因位點(diǎn)的超分辨成像5。例如,在端粒和著絲粒的雙色標(biāo)記中,該技術(shù)的定位精度達(dá)到 50 納米以內(nèi),顯著優(yōu)于傳統(tǒng)熒光蛋白標(biāo)記。

五、抗電鏡制樣的光轉(zhuǎn)化熒光蛋白

中國(guó)科學(xué)院徐濤團(tuán)隊(duì)開發(fā)的mEosEM 蛋白,實(shí)現(xiàn)了抗鋨酸固定和環(huán)氧樹脂包埋的熒光標(biāo)記7。這種蛋白在電鏡超薄切片后仍能保持熒光亮度和光開關(guān)活性,結(jié)合單分子定位超分辨成像技術(shù),可在保留線粒體等亞細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的同時(shí),實(shí)現(xiàn)納米級(jí)精度的蛋白質(zhì)定位。例如,在神經(jīng)元突觸囊泡的研究中,mEosEM 標(biāo)記的突觸素蛋白與電鏡圖像的關(guān)聯(lián)分析,揭示了突觸囊泡在神經(jīng)遞質(zhì)釋放過程中的動(dòng)態(tài)重組機(jī)制。

六、近紅外染料的深度組織成像應(yīng)用

Alexa Fluor 680 等近紅外熒光染料通過標(biāo)記卵清蛋白(OVA)和牛血清白蛋白(BSA),在活體動(dòng)物成像中展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)89。其近紅外發(fā)射波長(zhǎng)(694 nm)有效減少了組織自發(fā)熒光干擾,適用于深層組織(如小鼠腦區(qū))的蛋白質(zhì)分布分析。例如,在腫瘤轉(zhuǎn)移模型中,Alexa Fluor 680 標(biāo)記的抗體可穿透 1 厘米厚的組織,清晰顯示腫瘤細(xì)胞表面 PD-L1 蛋白的表達(dá)水平,為免疫治療監(jiān)測(cè)提供了新工具。

七、光遺傳學(xué)與雙光子激發(fā)的整合

復(fù)旦大學(xué)袁鵬團(tuán)隊(duì)開發(fā)的雙光子激發(fā)熒光轉(zhuǎn)移(TEFT)技術(shù),通過將熒光蛋白或有機(jī)染料與光遺傳學(xué)通道蛋白共定位,實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞精度的光控激活6。例如,在血管壁細(xì)胞研究中,雙光子照射血管內(nèi)的 Alexa 594 染料,其激發(fā)光通過熒光共振能量轉(zhuǎn)移激活鄰近的 ReaChR 通道蛋白,引發(fā)局部血管收縮。該技術(shù)的空間分辨率達(dá)到 1 微米以下,且所需激光能量?jī)H為傳統(tǒng)雙光子刺激的 1/3,顯著降低了光毒性。

八、生物發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移(BRET)的機(jī)制優(yōu)化

基于蛋白質(zhì) - DNA 相互作用的BRET 體系通過優(yōu)化標(biāo)記方法和實(shí)驗(yàn)條件,提升了檢測(cè)靈敏度和穩(wěn)定性10。例如,將熒光供體(如 GFP)與 DNA 結(jié)合蛋白融合,受體(如 RFP)標(biāo)記 DNA 序列,當(dāng)兩者結(jié)合時(shí),BRET 信號(hào)增強(qiáng),可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子的動(dòng)態(tài)結(jié)合過程。在藥物篩選中,該體系可快速評(píng)估小分子化合物對(duì)蛋白質(zhì) - DNA 相互作用的干擾效果,加速靶向藥物開發(fā)。

總結(jié)

這些新型標(biāo)記技術(shù)的研發(fā),不僅提升了蛋白檢測(cè)的靈敏度和多重性,還拓展了其在動(dòng)態(tài)過程研究、活體成像和精準(zhǔn)醫(yī)療中的應(yīng)用。未來(lái),隨著材料科學(xué)與生物技術(shù)的進(jìn)一步融合,如 AI 驅(qū)動(dòng)的標(biāo)記策略優(yōu)化和自組裝納米載體的應(yīng)用,蛋白發(fā)光染液的標(biāo)記技術(shù)將朝著更高特異性、更低毒性和更智能化的方向發(fā)展。



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