基因编码“温度计”

如果你问一个生物学家，某个细胞下一步会做什么？他可能先要问你该细胞的电压、氧化性、pH值、渗透性、葡萄糖浓度等等，然后才可能据此预测它是正要发起一个动作电位，还是要进入有丝分裂，抑或正在走向凋亡。但如果你能轻松地得到亚细胞范围的温度曲线图，比如每个线粒体、中心粒甚至内质网区的温度，就像母亲给孩子量体温那么容易，情况又会完全不一样。

日本京都大学科学家最近将绿色荧光蛋白和沙门氏菌体内感受热量的一种蛋白融合在一起，制造出一种能检测细胞内部不同细胞器温度波动的基因编码“温度计”，并将细胞器温度变化与细胞内部功能联系在一起，有助于人们进一步理解细胞行为。相关论文发表在最近的《自然·方法学》杂志上。

制作这种新型“温度计”的关键，是一种已知的名为TlpA的蛋白，这种蛋白由沙门氏菌制造，其正常作用是作为一种自动调节抑制器，感知温度以控制转录，能在37℃左右进行迅速可逆的结构转录。研究人员把绿色荧光蛋白（GFP）的荧光片段与TlpA融合，使GFP的荧光光谱随温度变化，最后再把融合蛋白加入到能瞄准线粒体、内质网或细胞质膜蛋白的序列中。

这种以蛋白质为基础的新型热传感器还能通过基因编码，直接瞄准不同的细胞器，比如线粒体，同时测量膜蛋白和产生的能量，并在温度变化与细胞器的内部功能之间建立联系。在本实验中，研究人员能探测到褐脂肪线粒体的生热作用，并把温度与线粒体膜蛋白、三磷酸腺苷（ATP）生产联系在一起。

利用这种序列，他们能同时绘制出“感温”GFP随线粒体膜蛋白电压指示器JC-1的染色图。他们发现，在温度高的地方，电压也相应较高。他们还用另一种基因编码传感器（ATeam26）结合荧光共振成像（FRET）检测ATP，再次证实了这种相关性。ATP主要是在氧化磷酸化过程中由一种电化学泵产生的，反映了线粒体的质子变化曲线，与JC-1所指示的类似。

研究人员指出，这一技术充分发挥作用的最佳地方是脑细胞。它能更好地处理温度变化，不仅在轴突的内外，而且能在神经胶质细胞内部。胶质细胞包裹着髓磷脂，所以携带了脉冲能量的很大一部分，有助于人们更好地理解神经信号的传输。但这还有争议，脉冲神经元热动力学主要还是由实验驱动，而并非不太精确的外在温度传感器。