تعمل بروتينات الفلورسنت التي تم حلها بالوقت على توسيع لوحة الفحص المجهري

عند التعامل مع الأصباغ أو البروتينات الفلورية، يركز الباحثون عادةً على متغيرين: الطول الموجي للضوء الذي يتم تحفيز الجزيئات عنده لتتألق، والأطوال الموجية التي ينبعث منها الضوء، أي لونها. ومن خلال موازنة هذه الخصائص، يمكن للباحثين التمييز بين ستة أو نحو ذلك من الجزيئات الموسومة بالفلورسنت في نفس العينة.

ولكن هناك ما هو أكثر من اللون في التألق، ويمكن للعلماء الآن استخدام خاصية أخرى لجزيئات الفلورسنت بسهولة أكبر لزيادة عدد البروتينات التي يمكن تصورها في نفس الوقت.

بقيادة شين تشانج، الكيميائي في جامعة ويستليك في مدينة هانجتشو بالصين، صمم الفريق أكثر من عشرين بروتينًا متألقًا لا تختلف في اللون فحسب، بل تختلف أيضًا في مقدار الوقت الذي تقضيه في حالتها المثارة، وهي خاصية تسمى عمر التألق. يطلق الباحثون على هذه الجزيئات اسم بروتينات الفلورسنت التي يتم حلها بمرور الوقت، أو tr-FPs. تم نشر النتائج التي توصلوا إليها على الإنترنت الشهر الماضي في خلية¹.

يقول كونور إيفانز، عالم الكيمياء الفيزيائية في مستشفى ماساتشوستس العام وكلية الطب بجامعة هارفارد في بوسطن: «إنه عمل رائع». ويقول إن الفريق قد أعطى الباحثين “لوحة قابلة للاتصال الهاتفي” يمكنهم من خلالها اختيار اللون والعمر للحصول على ما يحتاجون إليه. “هذا قوي جدًا.”

توسيع اللوحة

لنفترض أن أحد العلماء يريد رسم خريطة لعملية خلوية مرتبطة ببروتين معين. لمعرفة مكان حدوث هذه العملية في الخلية، يمكن للباحث استخدام أصباغ الفلورسنت لتسليط الضوء على المعالم الخلوية – الأزرق للنواة، والأحمر للهيكل الخلوي، والأخضر للميتوكوندريا، على سبيل المثال. إن عرض البروتينات الأخرى ذات الأهمية على هذه الخلفية سيتطلب المزيد من الألوان. ومع ذلك، نظرًا لأن الطيف المرئي ضيق نسبيًا وأن جزيئات الفلورسنت تبعث الضوء عبر نطاق من الأطوال الموجية، فإن المجاهر القياسية لا يمكنها التعامل إلا مع عدد قليل من الألوان في وقت واحد. بعد ذلك، تبدأ أطياف الانبعاث في النزف معًا، مما يجعل من الصعب تمييز الإشارات التي تأتي من أي جزيء.

يوفر عمر التألق طريقة لتوسيع تلك اللوحة.

عندما يمتص جزيء الفلورسنت الضوء، تزيد مستويات الطاقة الإلكترونية فيه لتدخل ما يسمى بالحالة المثارة. ويحوم الجزيء في هذه الحالة المثارة لمدة تتراوح من بيكو إلى نانوثانية، ثم يبدأ في الهبوط المضيء إلى الحالة الأرضية، باعثًا طاقة زائدة على شكل فوتونات. يُطلق على الوقت الذي يقضيه الجزيء في حالة مثارة – أي بين امتصاص الفوتونات وإصدارها – اسم العمر.

ولتغيير عمر بروتينات الفلورسنت الموجودة، قام فريق تشانغ بتغيير بعض بقايا الأحماض الأمينية لزعزعة استقرار المنطقة التي يتم فيها توليد إشارة الفلورسنت. بعد ذلك، قام الباحثون بفحص البروتينات الناتجة لتحديد المتغيرات ذات الأعمار المختلفة، ولكن أطياف الانبعاث متطابقة مع تلك الموجودة في نظيراتها من النوع البري. في المجمل، أنتجوا 28 نوعًا مختلفًا، تغطي معظم الطيف المرئي.

بعد ذلك، قامت مجموعة تشانغ بتشغيل هذه اللوحة، حيث قامت بدمج tr-FPs في العديد من البروتينات المستهدفة واختبار سلوكها في مواقع تحت خلوية مختلفة. كما قاموا بفحص كيفية أداء tr-FPs في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك الفحص المجهري فائق الدقة، وأظهروا أن التكنولوجيا تتيح تصوير الخلايا الحية لتسعة بروتينات مستهدفة باستخدام ثلاث قنوات ملونة فقط.

يشير تشانج إلى أن التصوير مدى الحياة ليس مفهومًا جديدًا، لكنه يأمل أن تساعد tr-FPs المزيد من الباحثين على الاستفادة من هذه التقنية. ويقول: “أعتقد أن هذا أشبه بإضافة إلى عائلة واسعة وقوية من البروتينات الفلورية”، وليس نوعًا من التحول النموذجي.

ومع ذلك، قام الباحثون باختبار tr-FPs فيما يقولون إنه تطبيق جديد: قياس التركيزات النسبية لبروتينين في خلية حية واحدة، وهو أمر يصعب تحديده من شدة التألق وحدها.