不是科幻！科学家改造的人类细胞会改变透明度，像鱿鱼那样

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▎药明康德内容团队编辑

《自然》旗下的学术期刊Nature Communications上，加州大学欧文分校（UC Irvine）的科学家们刚刚带来了一项听起来颇为科幻的研究成果：他们把一种枪乌贼（鱿鱼）的基因转进人的细胞里，制造出了可以改变透明度的人类细胞。

大自然中，不少动物的身体演化出了有利于躲藏的变色机制，比如下图中这种乳光枪乌贼（Doryteuthis opalescens）。

和很多其他头足类动物一样，它们可以改变皮肤传播、吸收和反射光的方式，实现伪装的目的。雌性乳光枪乌贼在躲避雄性的侵略时，近乎透明的外套膜会变色，呈现出一道乳白色的条纹，以此假装自己是雄性。

▲乳光枪乌贼（图片来源：https://www.uniprot.org）

受这些动物皮肤的启发，Alon Gorodetsky教授与同事们着手设计并改造人类细胞，使之能够有控制地、可逆地改变透明度。

科学家们研究了雌性乳光枪乌贼的变色过程，发现这是由皮肤内一层白色素细胞（leucophore）所控制的。白色素细胞内的反光蛋白质能够改变细胞的光学性质：它们彼此分散时，允许大部分光通过；而聚集起来时，折射率发生变化，使细胞呈现白色。

▲乳光枪乌贼的皮肤中有白色素细胞，内含反光蛋白质（图片来源：参考资料[1]）

于是，这支科研团队选择了实验中常用的人胚肾细胞（HEK293）进行改造，转入基因，使它们产生乳光枪乌贼细胞中发现的反光蛋白质（reflectin）A1。

随后，他们查看了这些反光蛋白在人类细胞内的排列情况，是否可以像在枪乌贼皮肤细胞里一样自行组装，并影响对光的反射和透射，更重要的是，这种性质是否可以通过外部的化学刺激进行人为调控。

▲培养在载玻片上的HEK293细胞改变了透明度（图片来源：参考资料[1]）

研究人员在实验中尝试着改变HEK293细胞周围液体的盐浓度，发现随着氯化钠浓度在一定范围内变化，细胞内的反光蛋白质会聚集或散开，从而让细胞从透明变为白色再回到原来状态。研究作者表示，改变盐浓度来控制只是最简单的一种概念验证方法，未来的应用中，还有很多其他的方法可以来调控细胞的透明度。

“人类细胞不仅能够表达出这种蛋白质，还能像头足类动物的皮肤细胞那样把这些蛋白质组织起来，这是最令人惊讶的一点。”Gorodetsky教授说。

▲这项研究的负责人Alon Gorodetsky教授（图片来源：UC Irvine）

作者总结表示，利用这种改造方法，短期内可以带来新的细胞成像方法，有助于生物学家在显微镜下更清晰地看到活细胞和活组织内部过程；而从长远来看，或许可以通过基因工程制造出能够控制透明程度的有机体，在材料科学和生物工程学上提供一些未知的机会。

参考资料

[1] Atrouli Chatterjee et al., (2020) Cephalopod-inspired optical engineering of human cells. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-020-16151-6

[2] Scientists Mixed Squid DNA With Human Cells to Control Their Transparency in 'Revolutionary' Study. Retrieved June 3, 2020, from https://www.newsweek.com/scientists-mixed-squid-dna-human-cells-control-their-transparency-revolutionary-study-1508024

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