《科学》 ：研究检测到细菌细胞电尖峰信号 离子通道开放

王兴

作者：Adam E. Cohen 来源：《科学》

发布时间：2011-7-18 10:33:21

研究检测到细菌细胞电尖峰信号

来自哈佛大学物理系、化学与化学生物学系等处的研究人员利用他们开发的一种新技术，检测到了细菌细胞的电尖峰信号，这不仅突破了之前无法检测到某个细菌细胞膜的电压的研究现状，而且证明了大肠杆菌的个体细胞会产生类似神经元放电那样的尖峰电脉冲，令人震惊。这一研究成果公布在《科学》（Science）杂志上。

领导这一研究的是哈佛大学Adam E. Cohen博士，这位年轻的物理学家在物理学，和生物学的跨学科研究领域获得了不少重要的成果，为生物学研究提供了一些新工具。

细菌虽然有遗传物质DNA，虽然可以对外界刺激作出反应，但是到目前为止，还没有科学家检测到某个细菌细胞膜的电压。在这篇文章中，研究人员利用他们研发的新型光学传感器：PROPS，发现大肠杆菌的个体细胞会产生类似神经元放电那样的尖峰电脉冲。研究人员认为这种电尖峰信号可能与这些细菌细胞中的离子通道的开放有关。

利用这种PROPS光学传感器，研究人员采用一种荧光蛋白杂交使用方法，像生物探针那样对个体大肠杆菌活细胞进行电生理测量，结果他们发现许多细菌细胞会有电光闪烁，有些细胞缓慢地闪烁，有些则快速地闪烁，频率在一赫兹左右。 他们说，在闪烁的大肠杆菌细胞中的这种尖峰样电活动持续的时间在1至40秒间不等，而且还对一系列的物理和化学干扰敏感。

这种PROPS光学传感器未来也许将可以用于检测医学、环境和工业中具有重要意义的多种细菌的膜电位或电压。

Cohen博士研究组之前还曾研发了一种可以用于分析大型蛋白和长链DNA的反布朗运动电动力（Anti-Brownian ELectrokinetic，ABEL）阱。这种分子阱（Electrokinetic trapping）结合了荧光显微技术（fluorescence microscopy）与实时电动力反馈（real-time electrokinetic feedback）技术，能捕捉任何可溶性的，发出荧光的分子，而且捕获灵敏度提高了800倍。

除此之外，这一研究组还通过超螺旋光束区分左右手性分子，把准确度达到了空前水平。研究人员开发出一种“超手性（superchiral）”光束，它可以在空间中更紧密的曲折前进。为了形成这种光束，他们将一束右手性绿色激光束照射在反射镜上，并使原光束与其反射的左手性光束相互作用。

这种效应可能会有助于研发新药物。许多药物分子是手性的，并且两种镜象结构在药理上有所区别，对人体的作用是不同的。超手性光束还可能有助于寻找外星生命。比如说，几乎所有构成生物蛋白的氨基酸都是左手性的，所以出现右手手性的自我复制生物分子可能意味着发现了外星生物体。（万纹）

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《科学》发表论文摘要（英文）

http://www.sciencemag.org/content/333/6040/345.abstract