近日，天津医科大学药学院郑珍教授和东南大学梁高林教授课题组通过酶工程和细胞共转染的方法，分别在体外和细胞内实现了萤火虫生物发光循环。该研究成果发表在10月27日的《Biosensors and Bioelectronics》（IF 12.5，中科院1区）杂志上，论文题为“Realization of firefly bioluminescence cycle in vitro and in cells”。天津医科大学药学院为该论文第一单位。

萤火虫是少有的具有发光能力的陆地动物之一，萤火虫萤光素酶催化生物发光的性能已被广泛应用于基础研究中，但单一的萤光素酶发光体系存在着半衰期短的问题。将萤光素再生酶（LRE）与萤光素酶（Fluc）共同转染可以克服这一瓶颈，有效地延长活体生物发光的半衰期，在更长的时间窗口内追踪感兴趣的生物标志物。此外，萤火虫生物发光作为一种冷光源，量子产率非常高，因此，在体外实现萤火虫发光循环有望开发一种高能量利用率的仿生光源。

由于萤火虫生物发光循环的主要化合物的未知性和不稳定性，实现持续性萤火虫仿生“冷光”仍然具有挑战性。针对上述挑战，研究者对萤火虫生物发光循环中的主要代谢物进行了鉴定和表征，首次绘制了萤火虫生物发光循环的化学图谱（见图1）。利用酶工程及发光循环中的动力学参数，结合计算模拟，得到了在人工萤火虫系统中最适宜的投料配比。此外，利用Fluc和LRE共转染策略，研究者进一步实现了在MDA-MB-231细胞内的持续性萤火虫生物发光。

图1 萤火虫循环发光化学图谱。

基于上述研究结果，研究者认为在不久的将来，酶工程和细胞共转染有望实现环保、可控的萤火虫仿生“冷光”装置的设计。该论文通讯作者为天津医科大学药学院郑珍教授、中国科学技术大学江俊教授以及东南大学梁高林教授。该研究在实施过程中，得到了中国科学技术大学张华凤教授课题组、顾振华教授课题组以及中科院强磁场科学中心王俊峰研究员的大力支持！上述研究得到了天津医科大学杰出青年学者启动基金的资助。（论文DOI：10.1016/j.bios.2022.114860 ）