照耀蛋白质合成的一道光
研究人员采用为下一代DNA测序技术而开发的新技术研究翻译，结果实时观察到单个核糖体将氨基酸串连了起来。
自20世纪50年代以来，许多研究已对翻译的过程给出了重要知见，2009年诺贝尔奖也肯定了这个领域的成就。翻译甚至被细分至单分子研究，即使是在低于生理浓度的水准。我们还缺乏在组成成分的微摩尔浓度水平对翻译周期的研究，也就是对细胞内允许这个快速高效过程的条件的研究。
为了展开相关研究，斯坦福大学医学院的Joseph Puglisi带领的小组与Pacific Biosciences公司的研究者展开实验合作。后者擅于在微反应室（10–21 升）中进行单分子实时研究，这种技术被用于该公司的下一代DNA测序。简要地说，酶在微室中被固化，叫做零模波导（ZMW）。然后在染料标记的配体与酶结合时，在检测仓内实时侧量酶的活性。重要的是，这个系统中的背景信号大大减弱，使得微摩尔浓度的配体实验成为可能。
在最近的工作中，研究者在微室中固化了大肠埃希菌（Escherichia coli）核糖体，其形式是含有荧光基团标记的起始N-甲酰基蛋氨酸(fMet)tRNA的70S起始复合物。他们还添加了两个tRNA，每一个都用不同的染料标记。tRNA与被测试mRNA编码的氨基酸——苯丙氨酸和赖氨酸同源。
在实验的开始，只有fMet tRNA信号能被检测出来。继而当每一个被标记的tRNA结合核糖体时，因为受被测试的mRNA所指令，检测仓中的荧光信号会报告该事件的时限，以及tRNA的身份。而A点的快速抽样可以与tRNA结合相鉴别。信号重叠则表示两个tRNA均结合至该酶。
Fluorescence intensity：荧光强度；ribosome：核糖体；immobilized：固化；extrapolated：延伸；
当每一个被标记的tRNA与被固化在一个ZMW的核糖体结合时，一个清晰的分离信号被记录下来。随着时间延长，由tRNA占据的核糖体位点被监测荧光信号所延伸。Image courtesy of Joseph Puglisi and Sotaro Uemura.
“这真是翻译分析的一着要棋”，Puglisi说，并补充道，有了这个方法，“你不仅可以用其作为生物物理学测量法来得到关于翻译动力学的信息，也可以得到mRNA的基本序列，从而得到依赖于序列的翻译行为”。使用这套装置，研究者解答了这个领域长久以来的一个问题，发现从A、E两处释放的tRNA是分开的。
这项概念验证研究仅仅是开始。研究小组已经将这个系统扩展至四种染料，并正在继续解答药物是如何影响翻译的，以及其它问题。这个系统也可以被用来分析一系列过程，从起始到框架转换，以及不同物种的核糖体，包括真核生物的核糖体。Puglisi指出了可解答问题的范围，而且提醒道，工作中并非一定要用纯化的物质组分，而可以用掺入某些试剂的提取物来代替。
从这项工作得到的另一个重要结论是，ZMW技术对于各种生物系统来说是非常容易扩展的。翻译远比DNA测序复杂，这预示着将这项技术扩展到其它系统是利好的。因为许多系统正如上述案例，诸多被标记的试剂已经是可得的，只需问对问题就行了。“我只是希望这项技术能为不同领域的人所用，这样他们就可以用它来开始实验了”，Puglisi总结道。
原文检索：Irene Kaganman. (2010) A glow on protein synthesis. Nature Methods, 7(6):422-423.
姚宇亮/编译