近日，中国科学院深圳先进技术研究院合成所严飞研究员团队在Small期刊在线发表题为“Genetic Modulation of Biosynthetic Gas Vesicles for Ultrasound Imaging”的研究论文。该研究系统评估了生物气囊蛋白的功能，构建了生物气囊合成的最简基因线路，实现了对生物气囊粒径大小的遗传改造与调控，获得了仅有20 nm的生物气囊，有利于跨越体内各种生物学屏障，为扩展其生物医学应用奠定了基础。中国科学院深圳先进院严飞研究员为文章的通讯作者，团队已毕业博士研究生扶美君，研究助理王媛媛为文章的共同第一作者。

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原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202310008

生物气囊可作为一种新型的纳米级超声造影剂。近期有研究在大肠杆菌中异源表达了生物气囊，可通过超声成像可视化在体内的工程化细菌，为研究微生物与宿主间的相互作用提供了新的工具。然而，大多数重组气囊蛋白的功能尚不明确，基因线路过长难以在基因水平上对其进行遗传改造。因此，气囊基因簇作为声学报告基因还需进一步优化。

在本项目研究中，研究团队首先构建了去除单个气囊基因的缺失突变体，确定了单个气囊蛋白对生物气囊形成的影响。相差显微镜与透射电镜实验结果表明ARG1气囊基因线路中的GvpC, GvpR, GvpN, GvpT和GvpU不是气囊形成所必需的气囊蛋白，单独敲除GvpR, GvpN与GvpU后气囊粒径变小，而敲除GvpT后气囊粒径变大。接着，研究团队通过基因工程的方法，对气囊粒径大小进行调控，获得了不同粒径大小的超小气囊（从50 nm到20 nm）。随后，确定了生物气囊基因簇合成气囊所需的最小基因线路（仅为4200 bp），证明了同时敲除GvpC, GvpR, GvpN, GvpT和GvpU后，大肠杆菌仍然能够合成生物气囊。最后，研究团队评估了大肠杆菌中表达缺失突变体∆GvpCRTU的超声成像性能，研究结果表明缺失突变体∆GvpCRTU合成的气囊可在肝脏中产生较强的超声造影信号。综上所述，本研究为气囊蛋白在生物气囊形成过程中的作用提供了新的见解，产生的超小气囊具有广泛的生物医学应用前景。

图1.构建不同气囊蛋白突变体用于超声成像示意图。

图2.表达∆GvpRU、∆GvpRT、∆GvpTU气囊蛋白突变体的大肠杆菌相差显微镜（上排）和电镜图（下排）。

该研究工作获得了国家科技部重点研发计划项目、国家自然科学基金面上项目、深圳市科技创新委员会以及深圳合成生物学创新研究院等项目的支持。