發(fā)表在《科學》雜志上的一項令人震驚的新研究表明，超聲波可以幫助科學家了解活細胞中特定基因是處于活躍狀態(tài)還是處于非活躍狀態(tài)。這一驚人的壯舉有望改變科學家檢查各種活細胞活動的方式，從腫瘤的生長到神經元功能。超聲波掃描已成為醫(yī)生和患者醫(yī)療保健經驗的重要組成部分。但是，它們在活細胞研究中也很重要，因為它們不會造成重大傷害。準確，便宜且易于學習的超聲掃描在商店中仍然有一些驚喜。

　　細胞保持關閉和打開基因以調節(jié)基因表達。傳統上，激活基因的檢測涉及使用諸如綠色熒光蛋白(GFP)之類的熒光標記，當該基因活躍時會發(fā)光。眾所周知，這對于可以在培養(yǎng)皿中檢查的培養(yǎng)細胞很有效，但是在生物體內，如何看到這種熒光?研究人員得出一個結論：使用超聲波(一種非侵入性且無害的技術)來觀察生物體并拾取這些細胞。但是它們遇到了另一個難題：使用常用的超聲波波長無法真正區(qū)分出單個細胞。

　　然后，科學家們發(fā)現了一些細菌，它們生活在水中，并在微觀尺度上產生蛋白質包封的氣泡，以保持自身漂浮。通過增加到達超聲探頭的反射波的數量，這些使得宿主細胞可以被超聲高度檢測。去年，當研究人員將通過注入氣泡形成基因而被修飾的腸道細菌插入到活體小鼠的腸道中時，這一概念就經受了考驗。使用超聲波，他們能夠檢測腸道中的細菌簇。

　　但是細菌基因的工作方式不像哺乳動物基因，因此他們接下來致力于改進其技術，以使相同的基因在哺乳動物細胞內起作用。例如，每個細菌基因都需要一個啟動子，該啟動子會啟動該基因編碼的蛋白質的生產過程。該啟動子可以并且通常被許多細菌基因共享。

　　但是哺乳動物基因更嚴格：每個基因都需要自己的啟動子。研究人員巧妙地使用一種病毒蛋白將幾種細菌基因粘在一起，這樣他們就可以“愚弄”哺乳動物細胞，將它們視為單個哺乳動物基因，并通過單個啟動子將它們全部打開。這樣，他們成功地證明了三個質粒形式的九個插入細菌基因在培養(yǎng)皿中的人胚腎(HEK)細胞內引起了令人滿意的氣泡形成。這是有史以來首次有六個以上的基因從細菌轉移到哺乳動物細胞。

　　超聲波掃描可以檢測到這些細胞的存在，但沒有發(fā)現沒有形成氣泡的對照細胞。他們通過使用一種通過增加超聲波壓力使氣泡放氣的技術來提高分辨率，從而可以清楚地區(qū)分背景信號和包含氣泡的信號。這似乎沒有損害細胞，可以重復讀取。

　　因此，這些基因充當分子報道分子，表示通過超聲波掃描檢測到的細胞內活性基因的存在。研究人員稱它們?yōu)椴溉閯游锫晫W報告基因(mARGs)。他們創(chuàng)建了單行HEK克隆，當啟動子暴露于強力霉素時，它們始終產生氣泡，甚至在與其他細胞混合時，即使?jié)舛鹊椭?.5%，也可以檢測到氣泡。然后他們將這些細胞放入小鼠體內。這些產生的小鼠腫瘤，然后通過用強力霉素治療小鼠而被誘導表達mARGs。

　　當用GFP成像時，腫瘤顯示出非特異性的綠色斑塊，缺乏報告基因的精確定位。但是，超聲波顯示的圖像要清晰得多。僅腫瘤邊界處的細胞顯示氣泡形成，其顯示mARG激活。由于要在腫瘤的周圍看到最大的血管形成，因此預期該區(qū)域顯示出對強力霉素的最高反應。多普勒超聲證實了這種新血管生長的模式。隨后用顯微鏡檢查該組織，確認僅在腫瘤外圍存在活性基因。

　　因此，基因工程構建體可用于監(jiān)測哺乳動物細胞內特定基因的存在和功能。光學報道分子顯示了特定激活基因的存在，可以在混合樣本中檢測到特定的細胞群，但通常只能在培養(yǎng)物或組織活檢樣本中檢測到。相反，本技術允許體內無創(chuàng)檢測基因表達。

　　加利福尼亞州的神經科學家Sreekanth Chalasani說，所使用的技術非常復雜，大多數研究人員將無法利用這種方法。然而，研究人員們期待改進該技術，通過修飾基因構建體使其更加方便和通用。這對于實際探測哺乳動物和生物醫(yī)學的未知領域將有很大幫助。