研究檢測到細(xì)菌細(xì)胞電尖峰信號(hào)
日期：2011-07-19 07:58:39
來自哈佛大學(xué)物理系、化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)系等處的研究人員利用他們開發(fā)的一種新技術(shù)，檢測到了細(xì)菌細(xì)胞的電尖峰信號(hào)，這不僅突破了之前無法檢測到某個(gè)細(xì)菌細(xì)胞膜的電壓的研究現(xiàn)狀，而且證明了大腸桿菌的個(gè)體細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生類似神經(jīng)元放電那樣的尖峰電脈沖，令人震驚。這一研究成果公布在《科學(xué)》（Science）雜志上。
領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是哈佛大學(xué)Adam E. Cohen博士，這位年輕的物理學(xué)家在物理學(xué)，和生物學(xué)的跨學(xué)科研究領(lǐng)域獲得了不少重要的成果，為生物學(xué)研究提供了一些新工具。
細(xì)菌雖然有遺傳物質(zhì)DNA，雖然可以對(duì)外界刺激作出反應(yīng)，但是到目前為止，還沒有科學(xué)家檢測到某個(gè)細(xì)菌細(xì)胞膜的電壓。在這篇文章中，研究人員利用他們研發(fā)的新型光學(xué)傳感器：PROPS，發(fā)現(xiàn)大腸桿菌的個(gè)體細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生類似神經(jīng)元放電那樣的尖峰電脈沖。研究人員認(rèn)為這種電尖峰信號(hào)可能與這些細(xì)菌細(xì)胞中的離子通道的開放有關(guān)。
利用這種PROPS光學(xué)傳感器，研究人員采用一種熒光蛋白雜交使用方法，像生物探針那樣對(duì)個(gè)體大腸桿菌活細(xì)胞進(jìn)行電生理測量，結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)許多細(xì)菌細(xì)胞會(huì)有電光閃爍，有些細(xì)胞緩慢地閃爍，有些則快速地閃爍，頻率在一赫茲左右。 他們說，在閃爍的大腸桿菌細(xì)胞中的這種尖峰樣電活動(dòng)持續(xù)的時(shí)間在1至40秒間不等，而且還對(duì)一系列的物理和化學(xué)干擾敏感。
這種PROPS光學(xué)傳感器未來也許將可以用于檢測醫(yī)學(xué)、環(huán)境和工業(yè)中具有重要意義的多種細(xì)菌的膜電位或電壓。
Cohen博士研究組之前還曾研發(fā)了一種可以用于分析大型蛋白和長鏈DNA的反布朗運(yùn)動(dòng)電動(dòng)力（Anti-Brownian ELectrokinetic，ABEL）阱。這種分子阱（Electrokinetic trapping）結(jié)合了熒光顯微技術(shù)（fluorescence microscopy）與實(shí)時(shí)電動(dòng)力反饋（real-time electrokinetic feedback）技術(shù)，能捕捉任何可溶性的，發(fā)出熒光的分子，而且捕獲靈敏度提高了800倍。
除此之外，這一研究組還通過超螺旋光束區(qū)分左右手性分子，把準(zhǔn)確度達(dá)到了空前水平。研究人員開發(fā)出一種“超手性（superchiral）”光束，它可以在空間中更緊密的曲折前進(jìn)。為了形成這種光束，他們將一束右手性綠色激光束照射在反射鏡上，并使原光束與其反射的左手性光束相互作用。
這種效應(yīng)可能會(huì)有助于研發(fā)新藥物。許多藥物分子是手性的，并且兩種鏡象結(jié)構(gòu)在藥理上有所區(qū)別，對(duì)人體的作用是不同的。超手性光束還可能有助于尋找外星生命。比如說，幾乎所有構(gòu)成生物蛋白的氨基酸都是左手性的，所以出現(xiàn)右手手性的自我復(fù)制生物分子可能意味著發(fā)現(xiàn)了外星生物體。
