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加州大学欧文分校(UC Irvine)的科学家们刚刚带来了一项听起来颇为科幻的研究成果:他们把一种枪乌贼(鱿鱼)的基因转进人的细胞里,制造出了可以改变透明度的人类细胞。
大自然中,不少动物的身体演化出了有利于躲藏的变色机制,比如下图中这种乳光枪乌贼(Doryteuthis opalescens)。
和很多其他头足类动物一样,它们可以改变皮肤传播、吸收和反射光的方式,实现伪装的目的。雌性乳光枪乌贼在躲避雄性的侵略时,近乎透明的外套膜会变色,呈现出一道乳白色的条纹,以此假装自己是雄性。
▲乳光枪乌贼(图片来源:https://www.uniprot.org)
受这些动物皮肤的启发,Alon Gorodetsky教授与同事们着手设计并改造人类细胞,使之能够有控制地、可逆地改变透明度。
科学家们研究了雌性乳光枪乌贼的变色过程,发现这是由皮肤内一层白色素细胞(leucophore)所控制的。白色素细胞内的反光蛋白质能够改变细胞的光学性质:它们彼此分散时,允许大部分光通过;而聚集起来时,折射率发生变化,使细胞呈现白色。
▲乳光枪乌贼的皮肤中有白色素细胞,内含反光蛋白质
于是,这支科研团队选择了实验中常用的人胚肾细胞(HEK293)进行改造,转入基因,使它们产生乳光枪乌贼细胞中发现的反光蛋白质(reflectin)A1。
随后,他们查看了这些反光蛋白在人类细胞内的排列情况,是否可以像在枪乌贼皮肤细胞里一样自行组装,并影响对光的反射和透射,更重要的是,这种性质是否可以通过外部的化学刺激进行人为调控。
研究人员在实验中尝试着改变HEK293细胞周围液体的盐浓度,发现随着氯化钠浓度在一定范围内变化,细胞内的反光蛋白质会聚集或散开,从而让细胞从透明变为白色再回到原来状态。研究作者表示,改变盐浓度来控制只是***简单的一种概念验证方法,未来的应用中,还有很多其他的方法可以来调控细胞的透明度。
“人类细胞不仅能够表达出这种蛋白质,还能像头足类动物的皮肤细胞那样把这些蛋白质组织起来,这是***令人惊讶的一点。”Gorodetsky教授说。
作者总结表示,利用这种改造方法,短期内可以带来新的细胞成像方法,有助于生物学家在显微镜下更清晰地看到活细胞和活组织内部过程;而从长远来看,或许可以通过基因工程制造出能够控制透明程度的有机体,在材料科学和生物工程学上提供一些未知的机会。