新型納米標(biāo)簽

        病毒性疾病嚴(yán)重威脅著人類健康，深刻認(rèn)識(shí)和理解病毒感染過程及致病機(jī)制是病毒性疾病防治的重要基礎(chǔ)。研究病毒感染過程通常基于熒光標(biāo)記技術(shù)，但是常用的熒光蛋白及傳統(tǒng)熒光染料往往容易發(fā)生光漂白，難以長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)態(tài)跟蹤整個(gè)感染過程。

        在“納米研究”國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃的支持下，圍繞“量子點(diǎn)標(biāo)記技術(shù)研究病毒侵染過程及宿主應(yīng)答”項(xiàng)目，來自武漢大學(xué)，中國(guó)科學(xué)院武漢病毒研究所、長(zhǎng)春應(yīng)化所、深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，以及北京理工大學(xué)等單位的專家，自2011年1月開始開展了有益的探索，并取得了重要進(jìn)展。

        據(jù)該項(xiàng)目首席科學(xué)家、武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院教授龐代文介紹，以半導(dǎo)體熒光量子點(diǎn)為代表的性能優(yōu)異的納找訂單米標(biāo)記材料，可望克服現(xiàn)有熒光標(biāo)記材料的不足，為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤病毒感染宿主細(xì)胞這一復(fù)雜的動(dòng)態(tài)生物學(xué)過程提供新途徑。

        為了研究病毒感染過程，就需要熒光標(biāo)記。一般來說，活細(xì)胞或活體示蹤要求所用的熒光標(biāo)記材料在復(fù)雜的生物環(huán)境中具有良好的穩(wěn)定性，能產(chǎn)生穩(wěn)定、可靠的檢測(cè)信號(hào)，才不會(huì)“走丟”或“隱身”。并且，還要求在最大程度上降低對(duì)所標(biāo)記對(duì)象的影響，以獲取生命過程的真實(shí)信息。

        “也就是說，雖然身上貼了標(biāo)簽，但其本人并無察覺，心情依舊，行為如常。既然如此，就要求所選用的標(biāo)記材料具有盡可能小的尺寸、良好的生物相容性及穩(wěn)定性，能發(fā)出足夠強(qiáng)的示蹤信號(hào)�！痹邶嫶�文看來，量子點(diǎn)就算得上這一類令人滿意的“標(biāo)簽”，具找訂單有粒徑小(通�？尚≈翈准{米)、亮度高、光穩(wěn)定性好等獨(dú)特性能，且能實(shí)現(xiàn)多色同時(shí)標(biāo)記，同時(shí)跟蹤多個(gè)對(duì)象。

        采用納米標(biāo)記技術(shù)，特別是量子點(diǎn)標(biāo)記技術(shù)對(duì)病毒感染宿主過程進(jìn)行詮釋，將有望克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，科學(xué)詮釋病毒致病機(jī)制。但是，如何精確控制材料的性質(zhì)，制備出尺寸小且性質(zhì)穩(wěn)定的量子點(diǎn)，依然是該領(lǐng)域的一大難題。

        此外，為了降低生物成像中背景信號(hào)的干擾、激發(fā)光對(duì)生物體的光毒性以及增加熒光的穿透深度，理想的標(biāo)記材料應(yīng)具有較長(zhǎng)的激發(fā)波長(zhǎng)，熒光發(fā)射波長(zhǎng)也最好在近紅外區(qū)且具有高的熒光強(qiáng)度。

        基于此，武漢大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提出了“在時(shí)間和空間上耦合活細(xì)胞內(nèi)并無關(guān)聯(lián)的生物化學(xué)反應(yīng)途徑”合成納米材料的“時(shí)——空找訂單耦合”調(diào)控合成新策略，利用活酵母細(xì)胞成功可控地合成出多色熒光量子點(diǎn)納米標(biāo)記材料，讓細(xì)胞為科學(xué)家們做了一件幾乎不可能做到的事。

        他們將煩瑣危險(xiǎn)的化學(xué)操作演變?yōu)閮H僅培養(yǎng)細(xì)胞，將通常在約300℃進(jìn)行的合成演變?yōu)樵?0℃下的活細(xì)胞內(nèi)完成，且不需要任何易燃、易爆、有毒溶劑。進(jìn)而，他們又提出了“準(zhǔn)生物合成”策略，利用細(xì)胞外的模擬體系成功合成出多種小粒徑的近紅外量子點(diǎn)，成功地化解了難題。

        讓病毒亮起來

        龐代文告訴記者，病毒很小，若要監(jiān)視其一舉一動(dòng)非常困難，如果是在復(fù)雜的生物背景之下，那更是一片漆黑。而熒光標(biāo)記能讓病毒亮起來，方便地實(shí)現(xiàn)跟蹤。

        中國(guó)科學(xué)院武漢病毒研究所研究員肖庚富的團(tuán)隊(duì)制備找訂單出均一穩(wěn)定的發(fā)光病毒樣顆粒，并跟蹤了其“感染”細(xì)胞的過程。他們還實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)對(duì)艾滋病慢病毒(hiv)的標(biāo)記，也能用量子點(diǎn)定點(diǎn)標(biāo)記昆蟲病毒內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。

        由于包膜病毒廣泛存在于自然界且與人類健康密切相關(guān)，這一研究受到了很大的關(guān)注。而包膜病毒結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，通常由包膜、衣殼及核酸等構(gòu)成。由武漢大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院武漢病毒研究所的研究者們進(jìn)行合作，利用綠色熒光蛋白標(biāo)記桿狀病毒包膜，核酸分子光開關(guān)釕的含氮雜環(huán)配合物在病毒復(fù)制過程中自然嵌入核酸中標(biāo)記病毒核酸，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)病毒包膜和核酸的雙重標(biāo)記。

        此外，北京理工大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院武漢病毒研究所的專家團(tuán)隊(duì)合作提出順應(yīng)自然的病毒的溫和標(biāo)記策略。他們利用細(xì)胞中找訂單膽堿磷脂自然的生物合成和代謝嵌入機(jī)制、病毒從宿主細(xì)胞膜獲取磷脂成分形成包膜的生物學(xué)特點(diǎn)以及病毒核酸的“復(fù)制嵌合”，在病毒自然復(fù)制過程中實(shí)現(xiàn)了病毒核酸和包膜的雙重標(biāo)記(雙重標(biāo)記效率高達(dá)85%)。

        “這將有助于研究人員看到病毒感染過程中更多的行為細(xì)節(jié)�！饼嫶�文表示，量子點(diǎn)標(biāo)記技術(shù)能讓病毒持續(xù)變亮，為監(jiān)測(cè)單個(gè)病毒侵染宿主細(xì)胞的一舉一動(dòng)創(chuàng)造了條件。

        看到病毒感染過程

        病毒是嚴(yán)格寄生的微生物，寄生于宿主并借助宿主細(xì)胞完成自身“繁衍”。病毒在細(xì)胞中的感染由三個(gè)基本過程構(gòu)成循環(huán)，即進(jìn)入宿主細(xì)胞(侵染)、基因組復(fù)制/組裝和出胞，并進(jìn)一步感染其他細(xì)胞。

        該循環(huán)是病毒維持繁衍生息的關(guān)鍵，而侵染找訂單是其中的首要步驟。基于量子點(diǎn)標(biāo)記，武漢大學(xué)團(tuán)隊(duì)獲取了病毒感染過程的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息，如病毒運(yùn)動(dòng)方向、路徑、速率、“擴(kuò)散”系數(shù)等，以及各種運(yùn)動(dòng)模式;研究了禽流感病毒在活細(xì)胞內(nèi)的動(dòng)態(tài)行為及機(jī)制，并對(duì)流感病毒侵染宿主細(xì)胞典型運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)病毒侵染過程錯(cuò)綜復(fù)雜。

        中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)乙肝病毒表面抗原(hbsag)通過小窩蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞途徑跨膜，實(shí)現(xiàn)了病毒感染活細(xì)胞過程的高分辨、高靈敏、多維動(dòng)態(tài)示蹤，展示出納米生物技術(shù)良好的應(yīng)用前景。

        最近，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院團(tuán)隊(duì)研究出近紅外量子點(diǎn)標(biāo)記病毒感染活體動(dòng)物的非侵入示蹤技術(shù);成功地長(zhǎng)時(shí)間跟蹤了禽流感h5n1假病毒對(duì)小鼠的感找訂單染過程。