图 人造荧光蛋白与生物传感器示意图

　　在国家自然科学基金项目（批准号：22090050，22325701）等资助下，北京大学刘涛教授与中国地质大学（武汉）娄筱叮教授合作，在基于人造荧光蛋白的生物传感器构建方面取得新进展。研究成果以“利用遗传编码的分子转子型氨基酸构建人造荧光蛋白与生物传感器（Designing artificial fluorescent proteins and biosensors by genetically encoding molecular rotor-based amino acids）”为题发表在《自然•化学》（Nature Chemistry）上。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41557-024-01675-x。

　　荧光传感与成像方法在研究细胞生物过程（包括生物分子的定位、相互作用和活性）方面具有至关重要的意义。自绿色荧光蛋白发现以来，荧光蛋白相关策略在体外和体内的蛋白质功能及结构研究中得到了广泛应用。然而，传统的荧光蛋白体积较大，需要与目标蛋白进行末端融合，这可能破坏目标蛋白的天然功能、改变其空间定位，甚至干扰与其他分子的相互作用。此外，尽管荧光探针因其多样性和较高的信噪比被广泛用作生物传感器来监测活细胞中的蛋白质行为，但其在复杂生物体系中的选择性受限、特定情况下定位不准确等问题，限制了其在更高精度和更复杂环境中的应用潜力。

　　针对此问题，上述研究团队设计并合成了一类荧光分子转子型氨基酸（FMR-AA），利用基因遗传密码子扩展技术，成功将FMR-AA以点突变的形式精准引入目标蛋白。在溶液中，FMR-AA保持非荧光状态，一旦进入高粘度环境或折叠的蛋白质中，其荧光便被显著激发。基于此特性，研究团队构建了多种结构的人造荧光蛋白，其中最小的结构仅为7 kDa。这一技术对易受化学修饰或蛋白融合影响的目标蛋白的研究具有很好的应用价值。进一步，该研究团队开发了多样化的荧光生物传感器，可用于实时监测体外和活细胞中的蛋白质构象变化及蛋白质-蛋白质相互作用，为蛋白互作研究提供了更为精确和高效的检测工具。