图片:新的远红光荧光素-荧光素酶系统产生更亮、更持久的远红光。这项创新可以用于细胞和组织成像，用于诊断和生物医学研究
资料来源:国际分子科学杂志
位于巴西的São Carlos联邦大学(UFSCar)的研究人员开发了一种新型的远红光荧光素-荧光素酶系统，比现售的各种商业化产品的效率更高。文章发表在《国际分子科学杂志》（International Journal of Molecular Sciences）上。
São paulo研究基金会FApESp通过专题项目“节肢动物生物发光：巴西生物群落的生物多样性、生物化学起源、荧光素酶的结构/功能演变、发光器的分子分化、生物技术、环境和教育应用”对该文发表提供资助。生物化学家和UFSCar教授Vadim Viviani表示，“我们获得了一种新的荧光素-荧光素酶系统，它可以产生波长为650纳米的远红光，并发出这部分光谱中最亮的生物光。这对于研究哺乳动物组织的生物和病理过程是非常令人期待的。”
氧化反应是造成生物发光现象的原因，生物发光包括发出波长从蓝色到红色不等的光。荧光素是存在于一些动物、藻类和真菌中的化合物，荧光素酶是一种催化荧光素氧化发光的酶。萤火虫的荧光素-荧光素酶系统被广泛用于帮助生成细胞培养和活体动物模型的图像。例如，它可以帮助医生监测转移，并观察肿瘤对治疗的反应。它也被用于跟踪病毒感染过程和候选药物对病毒(包括新型冠状病毒)的作用。
“当成像哺乳动物组织的生物或病理过程时，红色生物发光是首选，因为血红蛋白、肌红蛋白和黑色素吸收的长波光很少。在远红色和近红外波段的探测是最好的，但此前自然发射远红色光的生物发光系统并不存在，”“一些转基因形式的荧光素酶和天然荧光素的合成类似物已经商业化生产。它们结合在一起，发出波长长达700纳米的光，但这些人工系统发出的光通常比自然生物发光系统发出的光弱得多，寿命也短得多。”
Viviani和他的合作者们利用基因工程对铁路蠕虫（Railroad worm）phrixothrix hirtus的荧光素酶进行了修饰，这种荧光素酶是Viviani在20年前克隆的唯一一种能自然发出红光的荧光素酶。他们将其与日本东京电子通信大学的同事合成的荧光素同型物结合在一起。结果得到一个更有效的远红色荧光素-荧光素酶系统。Viviani说:“我们的最佳组合在650纳米时产生远红光，比天然荧光素和荧光素酶亮三倍，比同一荧光素酶与某一商业模拟物的亮度高约1000倍。”
“除了长波长和强亮度，我们的组合具有更好的热稳定性和细胞膜穿透性。最重要的是，它产生更持久的连续生物发光，至少需要一个小时才能衰减，显著促进了生物和病理过程的实时成像。”