​​​Исследователи из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Института биофизики ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» разработали аптамер для биолюминесцентного белка обелина и предложили стратегию создания бимодульных аптамерных конструкций. Результаты исследования опубликованы в журнале RSC Advances.  

Аптамеры— короткие фрагменты нуклеиновых кислот, которые благодаря своей уникальной пространственной структуре специфично связываются с определенной молекулой-мишенью. Они обладают особенными преимуществами: получением «в пробирке», относительно простым, воспроизводимым и экономичным химическим синтезом, длительным сроком хранения, а также множеством вариантов химических модификаций. В настоящее время такие молекулы — многообещающая альтернатива моноклональным антителам для аналитических и терапевтических применений.
 
По своей природе аптамеры состоят из нуклеиновых кислот, и это позволяет ученым создавать разнообразные молекулярные конструкции на их основе. Так, способность этих молекул изменять свою конформацию (пространственное строение) после связывания с мишенью открывает широкие возможности для создания биосенсорных платформ. 

«Это такие соединения, которые обеспечивают измеряемый (к примеру, визуальный) сигнал. В качестве специфичной молекулы используют, например, антитела или, как в нашем случае, аптамер, а в роли сигнальной — ферменты, продукты которых легко определить: они либо окрашены, либо светятся», — говорит одна из авторов исследования, главный научный сотрудник Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН доктор биологических наук Людмила Алексеевна Франк. ​​

В качестве строительных блоков аптамеры хорошо совместимы, поэтому их можно соединять, как конструктор лего, для получения сложных мультифункциональных молекул, свойства которых можно настраивать в зависимости от задачи исследования. 
 
   Фотолюминесцирующие соединения
 
«Это новая разработка. Коллеги из Института биофизики в Красноярске и плодотворно изучают свойства фотопротеинов и люцифераз — светящихся биолюминесцентных белков, и создают на их основе разнообразные аналитические системы с высокой чувствительностью и специфичностью. В свою очередь, наша лаборатория химии РНК ИХБФМ СО РАН (руководитель лаборатории — кандидат химических наук Алия Гусейновна Веньяминова) ведет систематическую работу по созданию новых аптамеров, изучению их свойств и возможностей применения. В ходе совместного исследования возникла идея сделать биолюминесцентные биосенсоры, в которых узнающими элементами были бы аптамеры, а сигнальной молекулой — светящийся белок обелин. Такое соединение подходов до нас никто не применял», — говорит старший научный сотрудник лаборатории химии РНК ИХБФМ СО РАН кандидат химических наук Мария Александровна Воробьёва.
 
К настоящему времени описаны аптамеры, способные связывать небольшие флуорогены (небольшие молекулы, обладающие флуоресценцией) и усиливать их свечение. Например, они успешно используются для визуализации РНК. 

«В ходе совместной работы мы создали новые модифицированные РНК-аптамеры к обелину и к гемоглобину в качестве мишени и предложили стратегию их интеграции в бимодульную конструкцию с переключаемой структурой. Проблема — правильно состыковать два аптамера, отобранные к разным мишеням так, чтобы они при этом сохранили свои функции, а репортерный модуль присоединялся к нашему белку только в присутствии мишени», — говорит Людмила Франк. 
 
Проведя модельный биолюминесцентный анализ на микропланшетах, ученые выяснили, что такие аптамерные конструкции связывают свои мишени строго последовательным образом. При этом биолюминесцентный сигнал от обелина наблюдали только в присутствии гемоглобина, и величина сигнала росла вместе с концентрацией этого белка.
 
«Известно, что когда репортер присоединяют к биоспецифичной молекуле с помощью химического синтеза, то есть через образование ковалентных связей, его активность частично, а иногда существенно теряется. Это приводит к снижению чувствительности анализа. Нами было показано, что полученный бимодальный аптамер способен нековалентно связываться с требуемыми мишенями. Важным здесь является то, что такое присоединение не портит молекулу — репортер полностью сохраняет свою активность», — говорит Людмила Франк.
 
Предложенная исследователями разработка может быть применима для выявления других мишеней. Для этого надо получить сенсорный модуль аптамера на другую требуемую мишень, а потом состыковать его с уже готовым универсальным репортерным модулем, который узнает сигнальную молекулу — биолюминесцентный белок. 
 
Автор: Анастасия Федотова.

Источники

Сибирские ученые создали биолюминесцентный аптасенсор нового типа
Наука в Сибири (sbras.info), 24/12/2020
Создан биолюминесцентный аптасенсор нового типа
Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ksc.krasn.ru), 24/12/2020
На основе РНК создали биолюминесцентный сенсор
Индикатор (indicator.ru), 24/12/2020
Сибирские ученые создали биолюминесцентный аптасенсор нового типа
Научная Россия (scientificrussia.ru), 24/12/2020
Сибирские ученые создали биолюминесцентный аптасенсор нового типа
Nanonewsnet.ru, 28/12/2020

Похожие новости

  • 07/12/2020

    Российские биологи создали молекулу, сигнализирующую о наличии рассеянного склероза

    ​​Ученые новосибирского Института химической биологии и фундаментальной медицины (ИХБФМ) СО РАН и красноярского Института биофизики СО РАН создали аналитическую систему биомолекул, способную не только находить антитела, свидетельствующие о наличии рассеянного склероза у человека, но и сигнализирующую об этом, сообщила ТАСС старший научный сотрудник лаборатории химии РНК Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН Мария Воробьева.
    657
  • 16/02/2021

    День российской науки — 2021

    Традиционно в честь Дня российской науки сибирские институты проводят просветительские мероприятия для студентов, школьников и всех, кто желает узнать чуть больше о большой науке. ​«Этот год был объявлен годом науки и технологий.
    876
  • 15/02/2021

    Психогенетики проводят исследование в школах Новосибирска

    Психогенетику девиантного поведения подростков изучают в Новосибирске. У учеников 5-11-х классов шести школ столицы Сибири ищут гены агрессии и творчества. Данные планируют использовать для развития детей.
    326
  • 09/10/2020

    Сибирские ученые создали тандемную диагностическую молекулу

    ​Диагностическая молекула – аптамер – отличается высокой чувствительностью и способна не только узнать белок-маркер заболевания, но и одновременно сигнализировать о его наличии вспышкой света. Это совместная разработка ученых Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Института биофизики СО РАН.
    793
  • 26/05/2020

    Наука будущего: беспилотник на солнечных батареях, обрывы проволоки и молекулярные ножницы

    Как совмещать открытия в медицине и в космической сфере, чем бактериальная целлюлоза поможет экологии планеты и можно ли излечить от болезни, отредактировав ДНК, — в материале портала "Будущее России.
    1251
  • 06/08/2020

    Из самой маленькой в мире светящейся молекулы сделали тест на клещевой энцефалит

    ​​Светящийся белок, выделенный из морского рачка Metridia longa, самый маленький из открытых биолюминесцентных ферментов, был впервые использован учеными в тестах на клещевой энцефалит. Одного миллиграмма такого белка может хватить для ста тысяч точных анализов по определению наличия вируса клещевого энцефалита.
    975
  • 11/02/2021

    И женское дело тоже: три истории новосибирских женщин-учёных

    ​​Возможность получать такое же образование, какое получают мужчины, у женщин появилась относительно недавно. В России, например, всего 103 года назад — после революции. Тем не менее женщины наукой всегда не просто интересовались, а двигали прогресс вперёд и совершали настоящие открытия.
    547
  • 13/10/2020

    И быстрых разумом Ньютонов…

    ​Первую в мире вакцину от коронавируса под названием «Спутник V» создали наши, российские ученые. И сколько бы там ни говорили скептики по поводу того, что наука, мол, у нас в загоне, что лучшие отечественные умы утекают за рубеж, – факт остается фактом.
    662
  • 08/04/2021

    Ученые Красноярского научного центра СО РАН расскажут школьникам про профессии будущего и первые шаги в науку

    Краевой фонд науки подвел итоги конкурса по организации проведения мероприятий по профессиональной ориентации молодежи. Два проекта ученых КНЦ СО РАН, нацеленных на привлечение школьников в науку, получили поддержку фонда.
    253
  • 11/12/2020

    Главный результат Большой Норильской экспедиции: исследования необходимо продолжать

    ​На московской площадке Российской академии наук состоялось обсуждение итогов полевого и лабораторного этапов Большой Норильской экспедиции (БНЭ), организованной Сибирским отделением РАН и компанией «Норникель».
    997