不仅仅是一种感觉

科学家们对细胞功能的许多了解，都是利用荧光报告蛋白直接观察细胞内部运作的结果。荧光报告蛋白最初是在水母体内发现的。报告蛋白被用作一种标记，并与另一种感兴趣的蛋白或基因相连，从而使目标的功能或位置可以被跟踪和监控。

然而，标准荧光蛋白是有限的，因为它们依赖于氧气来发光。而且它们不能用于研究动物，因为光不能穿透不透明的生物组织。因此，荧光记者不能深入厌氧系统，如肠道微生物，或活的动物体内工作。这使得两个迷人的和医学上重要的生物系统超出了现有生物分子成像技术的范围。

加州大学圣巴巴拉分校(UC Santa Barbara)化学工程系助理教授阿纳布·穆克吉(Arnab Mukherjee)的研究重点是开发新的报告蛋白，以应对这些挑战。他想通过设计新的基因记录器来阐明他所说的生物学中的“隐形暗物质”，这些基因记录器在厌氧环境中会发出荧光，并且可以通过磁共振成像(MRI)在活体动物身上看到。

为了创造不依赖氧气的荧光记者，慕克吉的研究小组正在整合分子和代谢工程、建模和定向进化，通过引导蛋白质朝着用户定义的目标前进，模拟自然选择的过程。该研究小组还在探索如何利用诸如水扩散和顺磁性等不寻常的生物物理特性来构建可用于研究活体动物生物学的mri可见记录器。顺磁性是一种现象，一些材料受到外部磁场的弱吸引。

“在培养皿中观察神经元只能学到这么多。追踪它们在活着的、有呼吸的动物体内工作的潜在影响是巨大的。“癌症、胃肠问题、神经生物学和免疫疗法只是一些有待进一步研究和更好理解的课题。”

为了帮助慕克吉阐明这一问题，联邦政府主要的医学研究机构——美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)授予他“最大限度调查人员研究奖”(MIRA)。这项180万美元的拨款由美国国家普通医学科学研究所(NIGMS)监管，旨在通过向科学家提供5年的研究经费，提高科学发现和重大突破的机会。

穆克吉说:“这个奖项给我的研究愿景、使命和实验室注入了进一步的信心。“NIH项目资助我的整个研究项目，而不仅仅是一个研究项目。这种稳定性意味着我不需要花那么多时间来写资助学生和实验室的提案。我可以更深入地研究。”

慕克吉对揭开肠道生物学之谜特别感兴趣。哺乳动物的肠道几乎完全是厌氧的，支持着对维持人类健康至关重要的微生物生态系统。

“肠道问题会影响一个人的身心健康，而其背后的分子机制才刚刚开始显现。我们真的可以用新的蛋白质技术推动围绕这个复杂厌氧生态系统的研究，这种技术允许在厌氧肠道细菌和活肠道内直接进行分子成像。”“我相信，在未来几年里，我们将开始更多地了解人类的肠道，最终能够为‘直觉’一词提供更深层次的科学依据，让它不仅仅是一个比喻。”

神经科学是慕克吉分子生物成像研究的另一个领域。他是加州大学圣迭戈分校神经科学研究所(NRI)的成员，该研究所由来自不同部门的研究人员组成，其共同目标是为实现科学研究突破而合作。

慕克吉说:“我不是神经学家，但是这个研究所的美妙之处在于，其他院系的教员会向我们提出问题，我的团队试图开发出技术来回答这些问题。”“新的报告蛋白将使我们能够分析大脑内部的生物分子，使我们能够在分子水平上测量压力、成瘾和药物等因素对大脑的影响。”