SPOTlight增强细胞研究

莱斯大学和贝勒医学院的研究人员开发了一种分离特定细胞的新方法，并在此过程中发现了更强大的荧光蛋白。

平台和蛋白质都可能对合成生物学家和生物医学研究人员非常有用。他们通常需要挑选出具有特定视觉表型的细胞，例如形状或活性，这些形状或活性取决于其遗传或表观遗传组成或发育历史。

莱斯大学的研究生Jihwan(James)Lee和FrançoisSt-Pierre，贝勒医学院的神经科学助理教授，莱斯大学的电气和计算机工程兼职助理教授，他们的团队在《科学进展》中报告了他们的研究结果。

Lee和他的同事称他们的平台SPOTlight为单细胞表型观察和带标记的简称。它解决了现有分选技术的局限性，无法从异类种群中分离具有独特特征的单个活细胞。

然后，他们利用蛋白质工程方法开发了迄今为止报道的最光稳定的黄色荧光蛋白质。

Lee是第一作者，也是圣皮埃尔贝勒实验室的赖斯系统，合成和物理生物学项目的学生，他说：“我们基本上开发了一个平台，可以筛选单个细胞的时空特性。”

他说：“这是通过首先在显微镜下观察细胞来完成的。” “这些细胞表达一种特殊的蛋白质，这样一来，在所需的细胞上照亮一点就能使它们变成红色。然后，我们可以使用一种称为流式细胞仪的通用装置轻松地将红细胞与其余的细胞分离。”

赖斯大学和贝勒医学院的研究人员开发了SPOTlight平台，该平台可加快细胞分选的速度，同时使过程更具通用性。作为概念验证，他们创造了迄今为止光稳定性最高的黄色荧光蛋白。图片来源：李智焕/米大学

该“特殊的”可光激活的荧光蛋白在被紫光照射后不可逆地从黑暗转变为明亮。也可以使用可光活化的染料代替蛋白质。实际上，细胞具有持久标签。

为了仅标记感兴趣的细胞，该团队使用了一种数字微镜设备，该微型微镜驱动的阵列也用在数字投影仪中，以使其能够点亮单个细胞。Lee说：“这些微镜旋转并旋转以定义样品区域，直至单个细胞。” “这都是自动化的。有一个电动显微镜载物台，可将成像板上的细胞移动到预定区域附近，而DMD仅在特定细胞上照射光。”

通过SPOTlight，研究人员可以随时间观察成千上万的人类或酵母细胞，以发现具有理想细胞动力学，亚细胞结构或形状的细胞。然后可以使用自定义软件来识别具有所需配置文件的所有单元，并指示光源和DMD用紫光对它们进行光激活。

“然后，我们使用流式细胞仪或细胞分选仪，可以检测并回收我们标记的细胞，而丢弃其余的细胞，”李说。“在我们回收了感兴趣的细胞后，我们可以将它们送去测序或进行进一步的研究。”

李说，原型机可以在45秒到1分钟内标记单个细胞。他说：“这取决于光的力量。” “有了更强大的光源，我们应该能够更快地做到这一点，也许每个单元只需几秒钟。”

为了证明SPOTlight的实用性，Lee和他的同事们使用它来筛选300万个表达荧光蛋白文库的突变细胞，最终鉴定并改进了一种称为mGold的黄色荧光蛋白。

“这是现有的称为mVenus的荧光探针的变体，” Lee说。“ mVenus的问题是，它的光漂白非常快。当您不断向其照射光时，它会变得越来越暗。如果长时间监视表达mVenus的细胞，那么有时将无法检测到荧光蛋白因此，我们决定筛选具有更好荧光稳定性的mVenus突变体。”

他说，研究人员通常通过在表达这种蛋白质的细菌菌落上照射光来改造荧光蛋白质，以查看哪种蛋白质最亮。Lee说，借助SPOTlight，“我们可以同时筛选亮度和光稳定性”。“这不是人们通常做的事情，但是生物学并不是一成不变的。它在时空中移动，因此具有这些时间特性也很重要。