早在十多年前，荧光蛋白质便已点亮了生物学实验室——它们通过发光作为对每件事物的响应（绿色荧光蛋白获得2008年诺贝尔化学奖）。最近，研究人员又成出了一种能够释放红外线的荧光蛋白质。由于同可见光相比，红外线能够更加容易地穿过肌体组织，因此这一优势可以让研究人员追踪贯穿小鼠和其他小型活体动物身体的单个分子。钱永健研究小组在最新出版的美国《科学》杂志上报告了这一研究成果。研究人员同时还将这种新荧光蛋白质的基因插入了能够感染小鼠肝脏的一种腺病毒中。将这种病毒注射入小鼠的尾部静脉血管，5天后，他们在啮齿动物的肝脏中发现了红外线荧光。
新的荧光蛋白质是在耐辐射球菌——因在大剂量辐射下仍能存活而为人熟知——中发现的一种蛋白质的改良版本。科学家们之前发现，该细菌中的一种蛋白质——即光敏色素——能够吸收处于可见光谱远端的深红光。它可以用这些能量来发出信号，从而让细胞开启某些特定的基因。
那么这种能量能够转而用来产生红外线吗？刚刚在去年因为荧光蛋白质的工作而分享了诺贝尔化学奖的美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校的生物化学家Roger Tsien（钱永健，因发现并发展了绿色荧光蛋白而分享2008年诺贝尔化学奖）和他的同事决定找出问题的答案。研究人员改写了这种蛋白质的遗传编码，砍掉了负责完成生物化学信号发送的部分。他们的努力最终得出了一类红外线荧光蛋白质，但这些蛋白质仅能够发出微弱的红外线。因此研究人员又对经过改良的光敏色素基因进行了几轮的变异，进而选择出了发光能力最强的一种蛋白质。最终，这种新荧光蛋白质的发光能力是原始版本的4倍。
在美国马萨诸塞州波士顿市Beth Israel Deaconess医疗中心和哈佛医学院任职的荧光成像专家John Frangioni认为，这项研究成果“向着正确的方向迈出了重要的一步”。他说，研究人员可以利用这项技术在分子水平上探查疾病——例如癌症——的发病程度。但是Frangioni强调指出，新荧光蛋白质发射的许多红外线依然会被动物的组织所遮蔽，因此研究人员还需要寻找能够释放更长波长的红外线的荧光蛋白质。Tsien
Science 8 May 2009: DOI: 10.1126/science.1168683
Mammalian Expression of Infrared Fluorescent Proteins Engineered from a Bacterial Phytochrome
Xiaokun Shu,1,2 Antoine Royant,3 Michael Z. Lin,2 Todd A. Aguilera,2 Varda Lev-Ram,2 Paul A. Steinbach,1,2 Roger Y. Tsien1,2,4,*
Visibly fluorescent proteins (FPs) from jellyfish and corals have revolutionized many areas of molecular and cell biology, but the use of FPs in intact animals, such as mice, has been handicapped by poor penetration of excitation light. We now show that a bacteriophytochrome from Deinococcus radiodurans, incorporating biliverdin as the chromophore, can be engineered into monomeric, infrared-fluorescent proteins (IFPs), with excitation and emission maxima of 684 and 708 nm, respectively; extinction coefficient >90,000 M–1 cm–1; and quantum yield of 0.07. IFPs express well in mammalian cells and mice and spontaneously incorporate biliverdin, which is ubiquitous as the initial intermediate in heme catabolism but has negligible fluorescence by itself. Because their wavelengths penetrate tissue well, IFPs are suitable for whole-body imaging. The IFPs developed here provide a scaffold for further engineering.
1 Howard Hughes Medical Institute, University of California at San Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093–0647, USA.
2 Department of Pharmacology, University of California at San Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093–0647, USA.
3 Institut de Biologie Structurale 41, rue Jules Horowitz, 38027 Grenoble CEDEX 1, France.
4 Departments of Chemistry and Biochemistry, University of California at San Diego, 9500 Gilman Drive, La Jolla, CA 92093–0647, USA.
