活細胞代謝成像新方法
通過基因工程技術使得細胞表達一種經修飾（改造）過的RNA，又稱Spinach，研究人員能對活細胞中的小分子代謝物進行成像，并觀察它們隨時間變化是如何改變的。每個細胞新陳代謝都會產生代謝產物。假如能得知產物生成效率的話，就能辨識如癌癥狀態下細胞代謝的異常或確定藥物能否將細胞的代謝狀況恢復到正常狀態。

康奈爾大學威爾醫學院的研究人員說發表在3月9日的《科學》雜志上的相關論文詳細描述了這種先進的技術方法，這一技術將有可能*顛覆以往對代謝組學的認識，提供數千種細胞內代謝產物的動態變化的化學指紋圖譜。

活細胞代謝成像新方法
威爾康乃爾醫學院藥理學副教授Samie R. Jaffrey博士說：“動態觀察到代謝產物的變化將為我們提供新的和強大的武器，方便我們了解代謝在疾病狀態下是如何改變的，并幫助我們找到可以將它們恢復到正常水平的方法”。Jaffrey博士領導威爾康乃爾的其他三名研究人員共同完成了這項研究。

他說：“細胞的代謝水平調控著細胞諸多功能，也正因為如此，代謝水平的變化可以是細胞內在特定的時間內發生什么變化的寫照”。

例如生物學家都知道，腫瘤細胞存在代謝異常，這些細胞對葡萄糖能源的利用存在異常并產生*的代謝產物如乳酸，從而有不一樣的新陳代謝過程。Jaffrey博士說：“能夠看到這些代謝異常的話，就可以了解癌癥的發生發展。但是到現在為止，測量活細胞中代謝產物一直非常困難。

Jaffrey博士和他的團隊展開的科學研究表明：可以用特定的RNA序列來檢測細胞中代謝產物的水平。這些RNAs是基于能在細胞發出綠色光的Spinach RNA設計的。Jaffrey博士研究小組修改Spinach的RNAs，使得它們一旦遇到它們專屬綁定的代謝物時就關閉，造成Spinach熒光開啟。他們設計出了RNA序列以追蹤細胞中五個不同代謝產物包括二磷酸腺苷、細胞能量分子ATP和參與調節基因活性的甲基化過程的SAM（S-腺苷蛋氨酸）水平的變化。他說：“在此之前，一直沒有人能夠實時觀察到細胞中代謝產物水平是如何變化的”。

Jaffrey博士說：“在活細胞中運用RNA傳感器，研究人員能夠測量單個細胞中的目標代謝產物水平隨著時間的變化而發生的改變，你可以看到這些代謝物如何響應信號刺激或遺傳變化進而發生動態變化的。你可以篩選出能使得這些基因異常發生正常化的藥物，我們的一個主要目標是確定藥物是否能使細胞的新陳代謝正常化。

新技術克服了現行的用綠色熒光蛋白（GFP）標記活細胞以充當傳感器的缺點。如果將綠色熒光蛋白和其他發光蛋白質融合到能結合某種代謝物產物的自然存在的蛋白質中的話，綠色熒光蛋白和其他發光蛋白質就可以用來充當代謝感應器。但在某些情況下，代謝產物與自然存在的蛋白質結合方式會扭轉蛋白質結構，進而影響已經融入到這些蛋白質中的熒光蛋白。另外，對于大多數的代謝產物，并沒有可用來融合綠色熒光蛋白以傳感器的蛋白質。

通過使用RNA作為代謝物傳感器，這個問題引刃而解了。Jaffrey博士說：“關于RNA令人驚奇的是，你可以得到基本上你想要結合任何一種小分子代謝物的RNA序列。他們可以在幾個星期就能出來”。然后，這些人造序列融合到Spinach中，并在細胞中以單鏈RNA的形式表達。

Jaffrey博士說：“這種做法能讓你得到任何你想研究的小分子代謝物，以及這些小分子代謝物在細胞內的情況”，他和他的同事們將這一技術的運用范圍擴大到能檢測活細胞內的蛋白質和其他分子。

他補充說道：該技術可應用于多種疾病研究中。Jaffrey博士說：“我們非常有興趣研究導致發育障礙如自閉癥的大腦神經細胞內的代謝如何是變化的，有很多的機會能讓這一新的工具發揮用處”。

這篇研究論文的合著者包括威爾康乃爾醫學院藥理系Jeremy S. Paige博士、Thinh Nguyen Duc博士、Wenjiao Song博士。

這項研究由美國國立衛生研究院的生物醫學成像和生物研究所以及McKnight基金會資助。康奈爾科技企業和商業中心（CCTEC）已經代表康奈爾大學提出了這項技術的保護申請。Samie Jaffrey博士是Lucerna技術的創始人和科學顧問，并持有該公司股權。此外，Lucerna技術擁有上述描述技術的相關許可證。

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