名古屋工業大學工學專業生命與物質化學項目碩士二年級學生的脇田和佳、生命與應用化學類的錦野達郎助教、古谷祐詞副教授，大阪公立大學研究生院理學研究科的小柳光正教授、寺北明久教授等人組成的研究團隊，開發出了對模式生物的線蟲進行活體紅外成像、可視化蛋白質結構分佈的技術。相關成果已發表在《ACS Omega》上。
圖1 研究概要圖（圖片提供：名古屋工業大學。出處：https://www.nitech.ac.jp/news/press/2026/14249.html）
迄今為止，觀察生物體內蛋白質和脂質主要使用依靠螢光色素或螢光蛋白的螢光顯微鏡。然而，這些方法需要人工標記分子，可能會影響生物體原本的狀態。
紅外成像技術，作為利用生物分子固有紅外吸收、無需染色即可可視化蛋白質和脂質的技術而備受關注，但生物體內大量含有的水分會強烈吸收紅外線，以及生物在測定過程中會移動，是該技術面臨的兩大課題。
研究團隊為了對活體線蟲進行紅外成像，攻克了水吸收紅外線和線蟲運動這兩大課題。
首先，為抑制水帶來的影響，使用重水（D₂O）替代普通水（H₂O）配製緩衝液。此外，利用疊氮化鈉暫時停止線蟲運動，並確立了測定後運動及增殖能力恢復的條件。
紅外成像使用傅立葉轉換紅外（FT-IR）顯微鏡和焦平面陣列（FPA）檢測器，成功在數分鐘內獲取1條線蟲的紅外線光譜圖像。從所得光譜中可視化脂質和蛋白質分佈，確認了腸道附近存在較高濃度脂質。
此外，研究人員透過對蛋白質來源的醯胺I帶進行二階微分解析，分離出蛋白質α螺旋結構和β摺疊結構來源的成分，並分別可視化了其空間分佈。結果發現，線蟲頭部β摺疊結構比例較低。這被認為反映了頭部咽部肌肉中富含大量含α螺旋結構的肌球蛋白和肌動蛋白等肌肉蛋白。
此次開發的技術的一大特點在於，不僅能無標記可視化活體生物體內蛋白質和脂質的分佈，還能可視化蛋白質結構的差異。蛋白質結構異常與阿茲海默症、普里昂病等多種神經變性疾病密切相關。尤其是β摺疊結構堆積形成的澱粉樣蛋白聚集體，被認為參與了疾病的發病和進展。該研究提出了無標記可視化生物體內蛋白質結構空間分佈的新方法，有望在未來應用於闡明神經變性疾病發病機制以及開展藥物研發。
此外，由於利用紅外線，不易與使用可見光的光遺傳學等光操作技術發生干涉，有望發展為「用光操作生物功能，同時用紅外線觀察分子狀態」的新型生物測量技術。
研究團隊表示，今後計畫將該技術應用於表達阿茲海默症等神經變性疾病相關澱粉樣蛋白的線蟲模型，旨在開展無需標記觀察蛋白質聚集形成過程的研究。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST 客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：ACS Omega
論文：Minimally Invasive Infrared Imaging of Caenorhabditis elegans Enabled by Reversible Chemical Immobilization and Second-Derivative Spectral Mapping
DOI：10.1021/acsomega.6c03485
