夏季的夜晚,走到山间草丛,可以看到一种昆虫提着一盏灯在飞行,这就是萤火虫在发光。萤火虫体内的荧光素酶催化底物荧光素,发生化学反应,产生光子。这也是大家比较熟悉的,在动物活体生物发光成像当中运用到的反应原理。通过利用该原理,配合上转基因技术及动物活体成像系统,我们可以非侵入性和纵向研究小动物的基因表达、蛋白质-蛋白质相互作用、肿瘤学机制和抗肿瘤药物药效及动力学和疾病机制等;相比于传统研究手段,这种方法通过在动物整体水平上进行研究,能提供更多有用的信息,同时大幅减少实验研究所需的动物数量和降低个体间的差异。
萤火虫荧光素酶反应的示意图
(a)、荧光素酶以报告基因的形式进入细胞核,并翻译成功能性酶。该酶将底物荧光素、氧(O2)和三磷酸腺苷(ATP)转化为氧荧光素、二氧化碳(CO2)和二磷酸腺苷(ADP),同时发光。(b)、萤火虫底物D-荧光素及其产物氧合荧光素的化学结构。
那么问题来了,自然界会发光的生物除了有萤火虫,还有鱼类、藻类、植物和细菌等,这些生物的发光原理是否也和萤火虫一样呢?这些发光原理能否运用到动物活体成像研究中呢?今天,小编就为大家介绍另外一种生物发光原理—细菌发光及其在动物活体成像中的应用。
细菌荧光素酶
细菌荧光素酶介导的酶反应
1
细菌发光
明场图
2
细菌发光
发光图
细菌发光反应过程
在发光反应中,FMNH2与酶结合,然后与O2相互作用,形成黄素-4A-过氧化氢。这种复合物与醛结合形成一种高度稳定的中间体,其缓慢的衰变导致FMNH2和醛底物的氧化和发光,反应的量子产率估计为0.1-0.2个光子。该反应对FMNH2具有高度特异性,体内的醛底物可能是十四醛。FMNH2是由NADH:FMN氧化还原酶(黄素还原酶)提供,该酶从细胞代谢(如糖酵解和柠檬酸循环)中产生的NADH中提取还原剂,还原剂通过自由扩散从FMNH2向荧光素酶的转移。长链醛的合成是由脂肪酸还原酶复合物催化。与细菌荧光素酶一样,底物FMNH2和长链脂肪醛也是细菌发光反应的特异性底物;真核生物生物发光使用不同的化学物质和荧光素酶,它们在蛋白质或基因序列水平上与细菌荧光素酶不同。
细菌中的荧光素酶反应过程
细菌发光原理在动物活体成像中的应用
应
用
说
明
应
用
案
例
应
用
案
例
携带受L-阿拉伯糖诱导启动子pBAD表达系统控制的细胞毒蛋白(溶细胞素A)、表达lux报告基因的减毒鼠伤寒沙门氏菌,用于肿瘤治疗。
利用生物发光原理进行动物活体成像,目前主要有两种方式。一种是使用萤火虫荧光素酶,最适合在哺乳动物细胞中表达;另外一种是细菌荧光素酶,广泛应用于原核生物。细菌Lux操纵子由于编码生物发光所需的所有蛋白质,包括荧光素酶、底物和底物生成酶,不需要外源底物,成像更加的方便,不需要像萤火虫荧光素酶一样,考虑ATP的可用性、底物分子的渗透、药代动力学和生物分布等对成像的影响。但是,细菌荧光素酶的发射波长较短(490nm),组织吸收较大,这会影响成像数据的量化;而且,对于某些真核微生物(包括真菌和寄生虫)和真核细胞,仍然需要使用萤火虫荧光素酶标记,原因在于lux报告基因没有得到足够的优化,还不能在真核细胞中稳定表达。不过由于细菌荧光素酶和萤火虫荧光素酶的发射波长不同,从而可以进行多光谱成像,用于同时定量评估小动物的不同生物过程,进一步扩展生物发光原理在动物活体成像中的应用。
Tips
AniView 100多模式动物活体成像系统
AniView 100多模式动物活体成像系统作为广州博鹭腾生物科技有限公司推出的高灵敏度动物活体成像系统,其采用全密闭抗干扰暗箱,避免外界光源及宇宙射线对拍照影响的同时,配合零缺陷、科研级高灵敏背部薄化、背部感应型冷CCD相机,极大地提高成像的灵敏度。AniView 100可以检测到<100个luciferase标记细胞,对于动物活体细菌荧光素酶的生物发光信号,无论是在皮下或器官,均可以轻易检测到。快来关注我们,申请免费试用!
参考文献
1、Hastings JW. Cell Physiology Source book 2012.
2、Nguyen V H et al. Cancer Research, 2010, 70(1):18-23.
3、 Nguyen V H et al. Nuclear Medicine & Molecular Imaging, 2016.
4、 Dunlap P . ADVANCES IN BIOCHEMICAL ENGINEERING BIOTECHNOLOGY, 2014.
5、Keyaerts Marleen et al. Trends in molecular medicine,2012,18(3).
6、 Nathan K. Archer et al. Springer International Publishing, 2017.
7、Doyle T C et al. Cellular Microbiology, 2004, 6(4):303-317.
8、Avci P et al. Virulence.
博鹭腾 · AniView Kirin宝岛纪行
CCK-8检测试剂盒新品上市,免费试用,包邮到家!
试剂试用装包邮送!分享试用结果,得时尚针织袋
【展会预告】中国化学会第34届学术年会,诚邀您莅临!
相关产品
博鹭腾多模式动物活体成像系统AniView100
博鹭腾多模式动物活体成像系统AniView600
博鹭腾多模式动物活体成像系统AniView100 Pro
博鹭腾小动物活体三维成像系统AniView Kirin
博鹭腾全光谱动物活体成像系统AniView Phoenix
博鹭腾近红外二区活体成像系统AniView30F
博鹭腾全自动蛋白印迹处理系统WB-600Auto
博鹭腾智能凝胶成像系统GelView 5000Plus
博鹭腾全自动凝胶成像系统GelView 5000 ProⅡ
BLT GV 1500 ProⅡ全自动凝胶成像系统
博鹭腾智能图像工作站GelView 6000Plus
博鹭腾多功能图像工作站GelView6000 ProⅡ
BLT GelView 1500Plus智能凝胶成像系统
博鹭腾植物活体成像系统PlantView100
博鹭腾植物活体成像系统PlantView600
关注
拨打电话
留言咨询