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).
    407
  • 08/07/2017

    Российские ученые получили чувствительные к малым дозам радиации белки

    Группа исследователей из Института биофизики СО РАН, Красноярского государственного аграрного университета, Сибирского федерального Университета (СФУ), а также МГУ им. М. В. Ломоносова разработала чувствительный к радиации белковый комплекс, сообщает пресс-служба СФУ.
    149
  • 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.
    430
  • 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.
    1117
  • 11/08/2017

    Рачкам легче пережить ядерный катаклизм целой популяцией

    ​Российские ученые узнали, как влияет радиация на популяцию спящих ветвистоусых рачков. Оказалось, что они смогут размножаться после пробуждения даже при высоких дозах облучения. Ученые из Института биофизики КНЦ СО РАН, Сибирского федерального университета и Института ядерной физики им.
    65
  • 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.
    692
  • 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.
    1064
  • 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.
    207
  • 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.
    784
  • 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.
    1035