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科学网十年磨一剑!可克隆电镜标记技术实现细(2)

时间:2020-08-12 20:46来源:威尼斯人 作者:威尼斯人 点击:
在一个周末,他阅读的一篇文献提到,一价金离子可以与氮、氧、硫等诸多元素有着不同的结合强度(与硫结合比氮氧更强),他马上联想到一价金离子与
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在一个周末,他阅读的一篇文献提到,一价金离子可以与氮、氧、硫等诸多元素有着不同的结合强度(与硫结合比氮氧更强),他马上联想到一价金离子与不同含巯基(含硫)化合物之间也有不同结合强度。


这使他眼前一亮:蛋白质的20种氨基酸由碳、氢、氧、氮、硫等有限几种元素组成的,如果设计一种方法,找到一种与金离子结合的含硫(巯基)化合物做反应前体,让金离子只与标记上的半胱氨酸的硫结合,而不与其他元素组合,不就可以形成特异性纳米金颗粒同时避免背景噪声了么?


因为手边没有现成化合物,他就地取材,在实验室找到巯基乙醇,并“随意”加入含0.1%的氯金酸试管中,现场合成金的硫醇盐做前体,结果发现本应浑浊的液体居然是透明的。


因无法短期内提纯这种金的硫醇盐,于是他把这种“透明”溶液,直接加入了含有对照蛋白和另外两种标记蛋白的三个离心管中,溶液依然透明(意味着没有形成金颗粒)。


此时,他想到了Brust-Schiffrin方法(BSM)合成硫醇(RSH)包被的纳米金颗粒基本原理,便立马又加入了强还原剂硼氢化钠溶液,令人意外的现象发生了:含对照蛋白的那个离心管里依然无色透明,而含标记蛋白的两个离心管变成了深棕色! “这很有可能意味着背景噪声的消失。”何万中说。


于是,第二天他找团队新成员、有着化学背景的金秀梅开展重复实验,结果怎么都重复不出来,原因在于前一天的“随意”实验没有严格浓度控制。


经过很多次不同浓度的配比探索,终于发现,当在硫醇阴离子与三价金离子浓度比率≥2:1的条件下,上述现象再次重现了。


随后,经过理论和实验分析,何万中发现:经典的BSM合成纳米金颗粒通常是在硫醇阴离子与三价金离子浓度比率 < 2:1条件进行,会形成巯基与金离子形成1:1 RSAu(I)链状聚合物经Au(I)离子间的范德华力聚集为成核中心,再经强还原剂硼氢化钠还原成纳米金颗粒。


而现在发现的硫醇阴离子与三价金离子的浓度比率≥2:1条件,可形成另一种2:1 的可溶RSAu(I)金硫醇盐,不能自发形成成核中心(这就是控制样品中没有形成金颗粒的原因),何万中把这种机制命名为 “自成核抑制机制(ANSM)”。


何万中解释,当把富含半胱氨酸的标记蛋白加入ANSM的反应体系时,标记蛋白上的巯基与金离子会形成RSAu(I)类似的链状聚合物成为成核中心,此时溶液里完全没有非标记的自成核链状聚合物(背景噪声),因此加入强还原剂硼氢化钠溶液后在标记蛋白上特异性合成纳米金颗粒就毫不奇怪了!


这是一个由于实验时试剂浓度不严格而带来的“意外”科学发现。“ANSM金颗粒合成化学原理的关键发现,为后续可克隆标记技术在细胞中的实现与优化奠定了坚实的理论基础。”何万中兴奋地说。


随后,何万中带着团队又花费7年时间,攻克了可克隆电镜标记技术在细胞的开发实现中的一系列技术挑战。


他们首先成功开发了一系列针对纯化的标记蛋白特异性合成 2-6 纳米大小的金颗粒技术,并证明纳米金颗粒时在单个标记分子上形成的。


利用简单的原核细胞 (大肠杆菌系统)摸索优化出细胞中的标记蛋白上特异性合成纳米金颗粒的实验方案,获得了前所未有超高标记效率。


此时,受过细胞电镜制样技术系统训练的博士生姜招弟加入团队,主攻在真核细胞应用中的难题。经过技术探索和迭代演进,他们将细菌和酵母中摸索出来的金颗粒合成技术推广至哺乳动物细胞。


(责任编辑: 威尼斯人官网_【VIP专线网址】)
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