解开自然界的隐身法 科学家用人类细胞破译乌贼伪装的秘密

鱿鱼和章鱼是伪装的高手，它们混入环境中以躲避捕食者或突袭猎物。这些头足类动物如何变得可逆透明的某些方面仍然"不清楚"，主要是因为研究人员无法在实验室里培养头足类动物的皮肤细胞。然而，今天，研究人员报告说，他们已经在可以培养的哺乳动物细胞中复制了一些乌贼皮肤细胞的可调节透明度。

这项工作不仅可以阐明乌贼的基本生物学，而且还能带来更好的方法来对许多细胞类型进行成像。

研究人员将在美国化学学会（ACS）的春季会议上展示他们的成果。ACS 2023年春季会议是一个混合会议，将于3月26日至30日以线下和现场的方式举行，有超过10000个关于广泛的科学主题的演讲。

多年来，Alon Gorodetsky博士和他的研究小组一直在研究受乌贼启发的材料。在过去的工作中，他们开发了"隐形贴纸"，它由细菌产生的乌贼反射蛋白组成，被粘在粘性胶带上。"因此，我们有了这个疯狂的想法，观察我们是否能在人类细胞培养物中捕捉到乌贼皮肤组织改变透明度能力的某些方面，"Gorodetsky说，他是这个项目的主要研究人员。

通过在哺乳动物细胞中加入乌贼反射蛋白，研究人员可以将细胞的透明度从透明调到浑浊（比例尺为10微米）。资料来源：改编自ACS生物材料科学与工程，

加州大学欧文分校的团队将他们的努力集中在色素细胞上，这些细胞有类似颗粒的纳米结构，由反射蛋白组成，可以散射光线。通常情况下，反射蛋白聚集在一起并形成纳米颗粒，因此光线不会被吸收或直接透射；相反，光线会从它们身上散射或反弹，使细胞看起来很亮白。

Gorodetsky说："我们想让哺乳动物细胞稳定地，而不是暂时地形成反射蛋白纳米结构，我们可以更好地控制光的散射。这是因为如果细胞允许光通过而没有什么散射，它们就会显得更加透明。或者，通过散射更多的光，细胞将变得不透明和更明显。然后，在细胞层面，甚至在培养层面，我们认为我们可以预测地改变细胞相对于周围环境或背景的透明度。"

为了改变光与培养细胞的互动方式，Gorgii Bogdanov，Gorodetsky实验室的一名研究生正在展示该结果，他将编码反射蛋白的乌贼衍生基因引入人类细胞，然后人类细胞使用DNA来生产该蛋白质。"Bogdanov说："我们实验的一个关键进展是让细胞稳定地产生反射蛋白并形成具有相对高折射率的光散射纳米结构，这也使我们能够更好地对细胞进行三维成像。"

在实验中，该团队在细胞的培养基中加入了盐，并观察到反射蛋白结成了纳米结构。通过系统地增加盐的浓度，Bogdanov得到了详细的、延时的纳米结构特性的三维图像。随着纳米颗粒变得更大，从细胞上反弹的光量增加，因此调整了它们的不透明度。

在基本层面上，Gorodetsky建议这些结果将帮助科学家更好地了解乌贼皮肤细胞，这些细胞还没有在实验室环境中成功培养过。例如，以前的研究人员推测，反射蛋白纳米颗粒分解和重新组合，以改变可调整的乌贼表皮色素细胞的透明度。而现在Gorodetsky的团队已经表明，在他们稳定的工程哺乳动物细胞中，随着盐浓度的简单变化，也发生了类似的重新排列，这种机制似乎类似于在可调控细胞中观察到的情况。

研究人员现在正在优化他们的技术，根据细胞的内在光学特性设计更好的细胞成像策略。Gorodetsky设想，反射蛋白可以作为基因编码的标签，不会在人类细胞内漂白。反射蛋白作为一种分子探针，为用先进的显微镜技术追踪细胞内的结构提供了很多可能性。例如，科学家们提出，基于他们工作的成像方法也可以对更好地理解细胞的生长和发育产生影响。