2017年1月18日，北京大学生命科学学院生物动态光学成像中心白凡课题组与台湾中央大学罗健荣课题组合作在《eLife》杂志上在线发表了题为“Length-dependent flagellar growth of Vibrio alginolyticus revealed by real time fluorescent imaging”的研究论文。在该文中，研究人员首次实现了对单细胞溶藻弧菌（Vibrio alginolyticus）极生鞭毛的实时动态荧光成像，深入探究了其鞭毛的生长进程。
该研究发现，溶藻弧菌鞭毛的生长速率与其鞭毛的长度有着明显的相干性，并提出了相干的数学模型阐释实验结果。这项研究对理解细菌蛋白的胞外运输和组装具有重要意义。
细菌通过鞭毛的旋转进行游动。鞭毛作为1个复杂而精细的胞外蛋白复合体，其组装进程需要鞭毛相干蛋白去折叠后通过3型分泌系统运出，穿过狭窄的鞭毛通道，最后在鞭毛远端重新折叠，鞭毛也由此不断延伸。
过去关于鞭毛的研究主要集中在鞭毛马达和鞭毛系统中大份子的结构与功能，对鞭毛蛋白的胞外运输及鞭毛生长的动态进程鲜有报导。由于成像技术手段的限制，活体视察细菌鞭毛的实时生长非常困难。外直径只有20纳米的鞭毛丝在明场下不可见，而具有超高分辨率的电镜却没法视察活细胞。最近几年来虽然有出现荧光染料标记大肠杆菌鞭毛的方法，但是至今仍旧没法做到实时观测。
为了实现实时观测细菌鞭毛的生长进程，白凡课题组与罗健荣课题组应用NanoOrange荧光染料对溶藻弧菌进行标记。游离状态的NanoOrange荧光强度很低，只有当其结合鞭毛外表面的鞭毛鞘时会发出明亮的荧光，因此可以将其用于唆使鞭毛，并且在培养溶液含有染料的情况下对鞭毛的生长进程进行长时间的视察。通过这类染料快速标记的荧光成像，研究人员以较高的空间和时间分辨率准确丈量鞭毛的生长速率。
结果显示，不管是在细菌群体水平还是单细胞水平，溶藻弧菌的鞭毛生长速率明显依赖于其鞭毛长度。当鞭毛长度小于1500纳米时，鞭毛以恒定的速度生长；当鞭毛继续变长时，其生长速率会迅速降落。为了解释实验视察得到的结果，研究人员通过数学建模摹拟了鞭毛蛋白亚基在鞭毛通道里面的运输进程。该模型的1个关键点是斟酌鞭毛基部的3型分泌系统将去折叠的鞭毛亚基转运出细胞进入鞭毛通道时，能够将其推动1段距离。
因此，当鞭毛较短时，其生长速率主要取决于鞭毛基部的上样速率；而随着鞭毛逐步生长变长，鞭毛亚基在鞭毛通道里的分散成了限速步骤，使得生长速率急剧降落。这项工作对进1步研究胞外复合体的蛋白运输和动态组装都具有重要意义。
罗健荣教授和白凡研究员为该论文的共同通讯作者。台湾中央大学物理系博士生陈美廷，北京大学生命科学学院2013级博士生赵梓伊、北京大学生命科学学院2011级本科生杨津（现为美国威斯康辛大学麦迪逊校区博士生）为该论文并列第1作者。本研究得到了国家自然科学基金和人类前沿科学计划(HFSP)的支持。
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