Ученые ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН вместе с коллегами из нескольких российских университетов предложили использовать светящиеся белки для тестирования низкодозовых радиоактивных эффектов. В экспериментах с тритиевой водой они показали, что цвет свечения разряженного белка обелина изменяется даже при низких дозах облучения, что открывает возможность для создания новых систем для тестирования радиационной токсичности. Результаты исследования опубликованы в журнале Analytical and Bioanalytical Chemistry.

Изменение спектра свечения молекулы разряженног... 

Изменение спектра свечения молекулы разряженного обелина под действием радиоактивного излучения

Многие организмы в природе светятся. Если для обывателя все виды свечения похожи, то с точки зрения науки между ними есть фундаментальные отличия. Например, так называемое живое свечение — биолюминесценция — определяется химическими реакциями с участием биологических катализаторов белковой природы. В результате этих реакций образуется возбужденная молекула, которая испускать видимый свет. Помимо «химического» способа накачки флуоресцентных молекул энергией, существует и другой — их прямое возбуждение при облучении светом.

Самая известная светящаяся биомолекула — это знаменитый зеленый флуоресцентный белок (GFP — green fluorescent protein), который излучает свет в зеленой области спектра при облучении его синим светом. За исследования этого белка группа американских ученых получила в 2008 году Нобелевскую премию по химии. С тех пор наблюдается бум в исследовании светящихся биомолекул. Такие белки выделяют из различных организмов. Они находят свое применение в первую очередь в тест системах. Ученые изменяют цвет свечения этих молекул; внедряют гены, ответственные за синтез излучающих белков, в другие организмы; создают системы для медицинской диагностики, визуализации внутриклеточных процессов, обнаружения в окружающей среде загрязняющих веществ.

В недавнем исследовании красноярские биофизики обратили внимание на другой тип флуоресцентных белков — разряженные фотопротеины– и предложили их использовать для биотестирования радиоактивных эффектов. Ранее красноярскими учеными была исследована система свечения морского полипа Obelia longissimi и выделен светящийся белок обелин. После протекания биолюминесцентной реакции образуется «разряженный» обелин (сложный белковый комплекс), который обладает флуоресцентными свойствами. Если на этот комплекс посветить, то в темноте он будет испускать свет в широком диапазоне — от фиолетового до сине-зеленого. Оказалось, что разряженный обелин — удобный объект для биотестирования различных токсичных эффектов, в частности, радиационного воздействия. В качестве источника низкодозового излучения ученые использовали бета-излучающий изотоп трития в составе тритиевой воды. При облучении разряженного обелина даже небольшими дозами бета-излучения вклады фиолетового и сине-зеленого цветов в спектре свечения молекулы изменялись.

«Сейчас актуальна разработка биотестов разного уровня. Так можно исследовать все проявления токсичности — от интегрального воздействия на организм до изменений на уровне элементарных физико-химических процессов, которые протекают в биологических молекулах. В нашем случае радиоактивное воздействие оказывает влияние на структуру белкового комплекса. Именно поэтому изменяется цвет его свечения. В результате мы не только получаем новый биотест, но и приближаемся к пониманию механизмов токсичности,» — рассказывает ведущий научный сотрудник Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН, профессор Сибирского федерального университета, доктор физико-математических наук Надежда Кудряшева.

На самом деле, любая молекула при детальном рассмотрении представляет собой сложно устроенный механизм, для работы которого важно взаимодействие его фрагментов. Так, интенсивность свечения разряженного обелина в фиолетовом и сине-зеленом частях спектра зависит от пространственной структуры молекулы и эффективности переноса элементарной частицы — протона — внутри белкового комплекса при возбуждении светом. Любое нарушение структуры этого белка приводит к уменьшению эффективности переноса протона и увеличению вклада фиолетовой компоненты в спектре свечения. Получается, что ученые добрались до базового уровня воздействия радиации на молекулу — под действием излучения изменяется ее пространственная конфигурация.

«Мы обнаружили, что изменение соотношения цветов в спектре излучения подобных флуоресцентных биокомплексов типичны не только для радиации. Буквально на днях у нас приняли в печать статью, где описываются схожие реакции для самых разных негативных воздействий — органических соединений, радиации, изменения температуры. Речь идет о новом физико-химическом подходе к тестированию токсичности. Мы выходим на базовый уровень тестирования с помощью простейшей системы, которая оценивает воздействие токсиканта на структуру биологической макромолекулы. При этом, судить об изменении молекулы можно по ее флуоресценции, т.е. удобным и широко используемым методом, в отличие от стандартных структурных анализов, которые часто включают сложную, дорогую и разрушительную пробоподготовку. Такие системы могут быть очень чувствительными, миниатюрными и относительно дешевыми,» — поясняет Надежда Кудряшева.

Egor Zadereev, Федеральный исследовательский центр КНЦ СО РАН

Похожие новости

  • 28/01/2017

    Андрей Дегерменджи: мы предложили посмотреть на экосистемы по-новому

    ​Исследования Института биофизики ФИЦ Красноярского научного центра СО РАН охватывают не только три стихии биосферы — воду, землю и воздух — но и двигаются выше и выше: в космос.  Как выжить в перелетах к другим планетам? Сможем ли мы предотвратить глобальное потепление? Как станет выглядеть Земля через сотни лет? Андрей Георгиевич Дегерменджи, доктор физико-математических наук, академик РАН, с 1996 года руководит Институтом биофизики СО РАН (Красноярск).
    303
  • 15/11/2016

    Сибирские учёные выиграли национальную стипендию L'Oreal-UNESCO

    С 2007 года в России реализуется программа, которая даёт молодым женщинам-учёным возможность получить национальную стипендию L'Oreal-UNESCO. В этом году двум сибирячкам — представительницам институтов Новосибирска и Красноярска — досталась почётная награда за работы в области химии и биологии.
    583
  • 10/03/2016

    Как радиация влияет на «спящий» планктон

    ​Исследователи из Института биофизики СО РАН (Красноярск), Сибирского федерального университета (Красноярск) и Института ядерной физики им.Г.И. Будкера СО РАН (Новосибирск) изучили влияние разной степени радиации на покоящиеся яйца ветвистоусых рачков - моин.
    948
  • 14/02/2017

    Топ-5 лучших лабораторий красноярского Академгородка

    ​Что сегодня изобретают красноярские ученые? В красноярском Академгородке работает более 50 лабораторий. Тесты для диагностики энцефалита, лекарства из коры дуба и березы, последствия глобального потепления для региона — лишь малая часть их изысканий.
    315
  • 28/09/2016

    СО РАН: победительницы конкурса L'OREAL-UNESCO «Для женщин в науке»

    23 сентября 2016 года состоялось заседание жюри. Были выбраны победительницы конкурса 'Для женщин в науке' 2016 года. Имена стипендиатов программы российского конкурса 'Для женщин в науке' L’OREAL – UNESCO: Егорова Ксения Сергеевна, Институт органической химии им.
    694
  • 28/05/2017

    Иосиф Гительзон: возможность иметь учеников это преодоление смертности

    ​Наука, как и сама жизнь, меняется стремительно. То, о чем мечталось, становится реальностью - иногда превосходя надежды, а иногда и наоборот. О том, каким видели Сибирское отделение РАН люди, стоявшие у его истоков, "Наука в Сибири" поговорила с академиком Иосифом Гительзоном.
    132
  • 05/04/2016

    Биолюминесцентный зонд для определения вирусов

    ​Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН совместно с коллегами из Института биофизики СО РАН (г. Красноярск) создали биосенсор, способный распознавать клещевой энцефалит.
    1002
  • 05/02/2016

    Красноярские ученые придумали, как выделять белки с помощью микросфер из угольной золы

    ​Ученые Института химии и химической технологии СО РАН и Института биофизики СО РАН на основе магнитных микросфер, полученных из летучих зол угля, создали эффективные многоразовые сорбенты для выделения биологических молекул.
    940
  • 28/04/2017

    В Красноярском крае создаётся система коммерциализации перспективных биомедицинских разработок

    ​В рамках Красноярского экономического форума состоялась трехсторонняя встреча руководителя Федерального медико-биологического агентства России (ФМБА) Владимира Уйбы, главы Федерального агентства научных организаций (ФАНО) Михаила Котюкова и вице-премьера Правительства Красноярского края Натальи Рязанцевой.
    200
  • 23/03/2017

    Проблема качества и количества воды решается восстановлением экосистем

    Благотворительная организация «Охрана природы» (Nature Conservancy) проанализировала состояние водосборных бассейнов, обеспечивающих водой 4 тыс. городов с населением более 100 тыс. человек в каждом и общей численностью жителей около 1,7 млрд человек.
    225