名古屋工业大学工学专业生命与物质化学项目硕士二年级学生的胁田和佳、生命与应用化学类的锦野达郎助教、古谷祐词副教授，大阪公立大学研究生院理学研究科的小柳光正教授、寺北明久教授等人组成的研究团队，开发出了对模式生物的线虫进行活体红外成像、可视化蛋白质结构分布的技术。相关成果已发表在《ACS Omega》上。
图1 研究概要图（供图：名古屋工业大学。出处：https://www.nitech.ac.jp/news/press/2026/14249.html）
迄今为止，观察生物体内蛋白质和脂质主要使用依靠荧光色素或荧光蛋白的荧光显微镜。然而，这些方法需要人工标记分子，可能会影响生物体原本的状态。
红外成像技术，作为利用生物分子固有红外吸收、无需染色即可可视化蛋白质和脂质的技术而备受关注，但生物体内大量含有的水分会强烈吸收红外线，以及生物在测定过程中会移动，是该技术面临的两大课题。
研究团队为了对活体线虫进行红外成像，攻克了水吸收红外线和线虫运动这两大课题。
首先，为抑制水带来的影响，使用重水（D₂O）替代普通水（H₂O）配制缓冲液。此外，利用叠氮化钠暂时停止线虫运动，并确立了测定后运动及增殖能力恢复的条件。
红外成像使用傅里叶变换红外（FT-IR）显微镜和焦平面阵列（FPA）检测器，成功在数分钟内获取1条线虫的红外光谱图像。从所得光谱中可视化脂质和蛋白质分布，确认了肠道附近存在较高浓度脂质。
此外，研究人员通过对蛋白质来源的酰胺I带进行二阶微分解析，分离出蛋白质α螺旋结构和β折叠结构来源的成分，并分别可视化了其空间分布。结果发现，线虫头部β折叠结构比例较低。这被认为反映了头部咽部肌肉中富含大量含α螺旋结构的肌球蛋白和肌动蛋白等肌肉蛋白。
此次开发的技术的一大特点在于，不仅能无标记可视化活体生物体内蛋白质和脂质的分布，还能可视化蛋白质结构的差异。蛋白质结构异常与阿尔茨海默病、朊病毒病等多种神经变性疾病密切相关。尤其是β折叠结构堆积形成的淀粉样蛋白聚集体，被认为参与了疾病的发病和进展。该研究提出了无标记可视化生物体内蛋白质结构空间分布的新方法，有望在未来应用于阐明神经变性疾病发病机制以及开展药物研发。
此外，由于利用红外线，不易与使用可见光的光遗传学等光操作技术发生干涉，有望发展为“用光操作生物功能，同时用红外线观察分子状态”的新型生物测量技术。
研究团队表示，今后计划将该技术应用于表达阿尔茨海默病等神经变性疾病相关淀粉样蛋白的线虫模型，旨在开展无需标记观察蛋白质聚集形成过程的研究。
原文：《科学新闻》
翻译：JST 客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：ACS Omega
论文：Minimally Invasive Infrared Imaging of Caenorhabditis elegans Enabled by Reversible Chemical Immobilization and Second-Derivative Spectral Mapping
DOI：10.1021/acsomega.6c03485
