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Small | 基因调控生物气囊超声造影剂的粒径尺寸及其成像

发布时间 2024-03-29 11:22合成所点击次数 149次

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。

 

 

文章上线截图

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, GvpTGvpU不是气囊形成所必需的气囊蛋白单独GvpR, GvpNGvpU后气囊粒径变小,而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 nm20 nm)。随后,确定了生物气囊基因簇合成气囊所需的最基因线路(仅为4200 bp,证明了同时GvpC, GvpR, GvpN, GvpTGvpU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。


 

1.构建不同气囊蛋白突变体用于超声成像示意图。

 

 

2.表达GvpRUGvpRTGvpTU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以及深圳合成生物学创新研究院等项目的支持。