焦点！脑虹技术让我们看到神经细胞“芳容”

• 2023-03-05 14:19:26 来源：科普时报

(资料图)

所有神经细胞都呈现浅浅的灰白色，在显微镜下不露端倪。直到意大利科学家高尔基发明了高尔基染色技术后，科学家们才发现染色效果就像一幅黑白照片。后来，科学家又陆续发明了尼氏染色、生物素染色、辣根过氧化酶染色等技术来展现神经细胞的“芳容”，呈现的神经细胞可以是黄色、蓝色或者棕色，然而每张“照片”上的神经细胞都是一种颜色。2007年，一种被称为“脑虹”的技术横空出世，给大脑神经细胞随机染上数十种不同的色彩，看上去就像一幅印象派的油画，每一根神经纤维都纤毫毕现。这对神经系统的结构和发育研究产生了极大的推动作用。

“脑虹”是一种分子生物学与遗传学结合的技术。实验人员将荧光蛋白基因转入实验动物的基因组。当这些基因在神经细胞中表达时，神经细胞就会发出荧光。如果转入的是红色、绿色、蓝色等不同光谱的荧光蛋白基因，神经细胞就会因为这几种基因表达量不同而呈现出绚丽多彩的颜色，其原理与彩色电视机显示器的原理类似。

借助脑虹技术，科学家可以对实验动物脑部的不同部位或不同发育阶段神经细胞进行标记，从而获得对神经系统的组织和功能的新理解。脑虹技术丰富的色彩能够帮助科学家们更快建立起“脑连接”的结构与功能图谱，为破译大脑奥秘绘制出一幅“全景图”。脑虹技术也为人类精神疾病的治疗打开了一扇大门。通过脑虹技术成像，科学家开始研究孤独症、智力障碍、狂躁症、抑郁症，以及学习障碍等疾病和大脑的神经元回路异常之间的相关性。

脑虹技术的诞生，还有一段传奇故事。20世纪60年代，日本海洋生物学家下村修对水母发光的现象产生了浓厚兴趣，每年夏天都要赶往美国西北部海岸捞取水晶水母，研究其发光原理。经过多年努力，他从这些水母的体内提取出一种被称为绿色荧光蛋白的物质，正是这种蛋白质让水母发出了幽幽的绿光。

20世纪80年代，基因工程在生命科学领域崭露头角，美国分子生物学家普瑞舍想到用基因工程技术将绿色荧光蛋白转入到其他生物细胞蛋白质上，就相当于给这些蛋白质打上了“荧光标记”，使这些蛋白质的一举一动都无法遁形。普瑞舍申请科研经费屡屡碰壁，直到1988年才从美国癌症协会申请到20万美元。有了这笔钱，普瑞舍历经3年埋头实验终于从水晶水母的体内提取出绿色荧光蛋白基因。此时的普瑞舍因为研究经费耗竭而无法再深入研究，好在及时发表了研究论文，并把自己辛苦提取的绿色荧光蛋白基因赠送给了两位科学家马丁·查尔菲和钱永健。

几年后，查尔菲实验室的研究人员成功地把绿色荧光蛋白表达在线虫体内，钱永健实验室则对绿色荧光蛋白进行了改造，使其变成了五颜六色的荧光蛋白。从此，荧光蛋白变成了一个可以让人随心所欲调配的“调色盘”，只要将不同色彩的荧光蛋白按照不同比例互相混合，就能调出上万种色彩，并且表达在转基因动物的体内。这一技术为整个生命科学的研究带来了崭新的前景，后来被广泛运用于科学研究。

2008年，诺贝尔化学奖授予下村修、查尔菲和钱永健三位科学家，以表彰他们在绿色荧光蛋白研究中的贡献。在记者招待会上，查尔菲和钱永健都对普瑞舍当年的研究成果赞不绝口。然而，“第四大功臣”普瑞舍却因缺乏研究经费，不得不离开实验室四处打工，成为一名普通的班车司机，钱永健得知这一消息后，将其聘请到自己的实验室继续开展研究工作。

普瑞舍虽然与诺贝尔奖失之交臂，可是他为科学作出的贡献同样被人们铭记。科学史上群星璀璨，然而也有无数像普瑞舍那样的无名英雄在默默耕耘，就像彩虹背后的那片蓝天。

（作者系华中师范大学副教授、中国神经科学学会科普与继续教育委员会委员）

标签： 荧光蛋白 神经细胞 科学家们

推荐阅读

猜您喜欢