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大多数高中生能够背诵分子生物学中心法则：DNA转录为RNA，然后RNA翻译为蛋白。我们都知道它。但是我们曾经观察到它吗?
它的一部分，确实观察过。作为基因表达的第一步，DNA转录能够实时地进行定量。但是第二步---RNA翻译为蛋白---很难在生命系统中观察到，而且在此之前，这把我们难倒了。
在一项新的研究中，来自美国科罗拉多州立大学(CSU)的研究人员取得一项史无前例的成就：在活细胞体内观察RNA翻译---核糖体制造蛋白的基础细胞过程。相关研究结果于2016年5月5日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Real-time quantification of single RNA translation dynamics in living cells”。
在弗朗西斯-克里克首次描述这种中心法则60年后，研究人员在单个活细胞中阐明了基因表达的这个最后一步。他们的工具是一些灵巧的蛋白改造和一台定制的的显微镜，其中这台显微镜能够观察单个RNA的翻译，具有纳米级精度。
这一突破性研究是由科罗拉多州立大学自然科学学院生物化学与分子生物学系助理教授Tim Stasevich领导的。论文第一作者是研究员Tatsuya Morisaki，其中Morisaki制造了这台显微镜和开展这些实验。
Stasevich说，“在此之前，没有人能够对正在表达的蛋白进行成像。这是启动和关闭基因的一个关键步骤，而且在翻译水平上的基因调节与很多疾病相关联。这是非常重要的，原因在于不能够对这种事件进行成像，我们就不能认识什么地方出错了。人们在体外做到这一点，但是不能在活细胞中做到这一点。”
蛋白执行大多数细胞功能，而且是我们活着的原因。蛋白是由RNA翻译而来的。但是为何很难观察它发生?这是因为蛋白需要时间来成熟和折叠，而且能够照射蛋白的最新技术过于迟缓而不能够捕获到蛋白生命的最早阶段。即便利用绿色荧光蛋白(GFP)对RNA进行标记，它也花费太长时间。Stasevich解释道，“当光线打开时，翻译已结束好长时间了。”
为了解决这个问题，研究人员编码含有受体位点的蛋白，其中这些受体位点好比一把钥匙的锁。他们让他们的实验性活细胞表达一种简单的荧光抗体片段(即标记上GFP的抗体片段)，其中这种抗体片段好比这把锁的钥匙。一旦翻译在细胞中发生，这把钥匙契入这把锁中，结果这种蛋白发出明亮的绿色荧光。新生蛋白仍然附着到它的信使RNA(mRNA)上，而且研究人员能够观察和记录它发生的所有一切。通过使用不同的生物化学标记，他们能够对多种蛋白的RNA翻译进行成像，其中每种蛋白可通过一种不同的荧光颜色加以识别。
这种标记过程是一码事，但是如何捕获它是另外一码事。研究人员利用他们定制的显微镜进行捕获。这台显微镜没有活动部件，但含有两个高度灵敏的照相机，能够同时以两种颜色对RNA和蛋白进行成像。
通过这些实验，研究人员分享了其他的认识，包括活细胞中的蛋白延伸以每秒10个氨基酸的速率发生。他们也证实由一串核糖体组成的多核糖体(polysome)是球形的，而不是细长形的。最后，他们发现多核糖体有时会彼此相互作用，即便当它们正在编码完全不同的蛋白。
能够对RNA翻译进行成像可能能够更加深入地理解基因表达机制。比如，病毒太小没有它们自己的翻译系统，因而翻译就被描述为病毒和宿主细胞之间的战场。Stasevich说，“对病毒如何劫持我们的翻译系统进行成像将是非常有趣的。”
再者，诸如癌症之类的疾病几乎总是涉及多个基因，这些基因经常彼此交谈。研究人员希望他们能够更加深入地观察基因网络以便理解它们如何一起发挥作用，以及最终理解如何阻止它们发生故障。
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