​Исследователи разработали флуоресцентные белки, свойствами которых можно управлять с помощью оранжевого и зеленого света. Эти белки помогут ученым исследовать процессы жизнедеятельности в живых клетках. Работа проходила в рамках проекта, который поддерживается грантом Российского научного фонда (РНФ), а ее результаты были опубликованы в журнале Nature Methods.

Флуоресцентные белки - это белки, которые интенсивно светятся в видимом диапазоне спектра, где длина волн составляет от 390 до 700 нанометров. Природные функции таких белков достаточно разнообразны, например, некоторые виды медуз с помощью зеленых флуоресцентных пятнышек приманивают к себе еду - различные мелкие организмы. Оптическими свойствами некоторых флуоресцентных белков - их называют фотопереключаемыми - можно управлять с помощью света. Например, эти белки можно "включать" и "выключать", что широко используется в так называемой флуоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения (наноскопии) - новой группе методов, позволяющих получать чрезвычайно детальные изображения внутриклеточных структур. Обычно для такой микроскопии ученые используют синее и фиолетовое облучение, которое очень токсично для клеток: оно нарушает их нормальную физиологию и даже вызывает гибель.

"Мы впервые создали фотопереключаемые флуоресцентные белки, оптические свойства которых можно контролировать зеленым и оранжевым, а не сине-фиолетовым светом. Его преимущество состоит в том, что он почти не причиняет вреда клеткам. Мы использовали новые белки для наблюдения динамики цитоскелета в живых клетках", - рассказал один из авторов статьи Александр Мишин, руководитель проекта РНФ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН.

Для создания флуоресцентных белков ученые изменяли их (направленный и случайный мутагенез) с помощью такого метода, как полимеразная цепная реакция, которая позволяет добиться значительного увеличения малых концентраций определенных фрагментов ДНК. Также ученые клонировали белки, после чего под микроскопом отбирали из полученных бактериальных колоний самые удачные. Авторы проанализировали результаты уже проведенных другими биологами экспериментов и выяснили, как приблизительно нужно изменить микроокружение хромофора (остатка ароматической аминокислоты, который отвечает за поглощение света в белке), чтобы заставить его проявить способность к фотопереключению.

Помимо ожидаемого эффекта, однако, есть и побочные, например, снижается яркость белка. Тогда случайный мутагенез позволяет найти дополнительные мутации, компенсирующие побочные эффекты при сохранении целевого.

Разработанные белки называются репортерными, так как выполняют роль "шпионов" в клетках. Их присоединяют к другим белкам и таким образом следят за ними в живой клетке. Полученная детальная информация может быть использована как в фундаментальных, так и в биомедицинских исследованиях. Например, у больного раком пациента опухолевые клетки демонстрируют сильные нарушения клеточной подвижности и динамических перестроек цитоскелета - каркаса, находящегося в цитоплазме живой клетки. При этом изучение этих процессов со сверхвысоким разрешением (наноскопия) затруднено в живых клетках из-за слишком интенсивного облучения образца, поэтому для таких целей нужно использовать методы с меньшей токсичностью для организма.

Авторы использовали свою разработку для микроскопии сверхвысокого разрешения RESOLFT. У полученных белков есть особенность: у них очень эффективное фотопереключение, то есть белки "включаются" и "выключаются" за миллисекунды. Такое свойство подходит не всем методам микроскопии, в некоторых такая скорость будет только мешать. В RESOLFT цикл включения-выключения повторяется многократно для соседних точек, сканируемых лазерными пучками. Чем лучше флуоресцентная метка переключается, тем быстрее удается снять полное изображение, так как на фотопереключение в каждой точке нужно меньше времени.

"Созданные нами флуоресцентные белки позволяют проводить сверхразрешающую микроскопию без вреда для живой клетки, что открывает возможность исследования динамических процессов в ней", - заключил ученый.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Королевского технологического института (Швеция) и Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна (США).

Похожие новости

  • 09/04/2019

    Российские ученые уточнили, как космические лучи действуют на мозг

    ​Нейрофизиологи из МФТИ, НИИ Анохина и Курчатовского института проследили за действием нейтронов на мозг мышей и пришли к выводу, что они не ухудшают интеллектуальные способности грызунов, но подавляют формирование новых клеток в центре памяти.
    374
  • 23/06/2018

    Российские ученые нашли вещество, ослабляющее защиту раковых клеток

    ​Российские молекулярные биологи открыли вещество, способное "отключать" белки, мешающие химиотерапии убивать раковые клетки, и успешно проверили его работу на культурах рака прямой кишки.
    1283
  • 27/08/2018

    Ученые раскрыли механизм работы связанных с раком и аутизмом белков

    ​Ученые определили роль нового семейства белков, связанных с раком и аутизмом. Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом журнале Molecular Cell. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).
    602
  • 21/12/2018

    Нейрофизиологи показали, как депрессия меняет реакцию на стресс

    ​Ученые выяснили, что умеренный стресс, малозначимый для здорового человека, при депрессии вызывает более сильную и продолжительную реакцию. Полученные данные помогут понять механизм развития болезни и разработать новые методы диагностики.
    1070
  • 26/07/2018

    Антитела из полимеров позволят эффективно уничтожать раковые клетки

    ​Международная группа исследователей под руководством Николая Барлева, заведующего Лабораторией клеточного сигналинга МФТИ, показала принципиальную возможность создания нового класса противоопухолевых препаратов на основе nanoMIP - «пластиковых антител».
    713
  • 16/05/2018

    Российские биохимики нашли новые ферменты с необычной активностью

    ​Российские ученые охарактеризовали новые ферменты-трансаминазы, которые могут работать как в типичных для своего семейства реакциях, так и в нехарактерных для него. Результаты работы будут полезны в фундаментальном аспекте для поиска и предсказания свойств ферментов по их аминокислотной последовательности и для использования в биотехнологических процессах.
    1027
  • 17/05/2019

    Ученые РФ и США научились менять 3D-геном для подавления генов, вызывающих опухоли

    ​Международная группа ученых нашла способ изменить пространственную организацию генома (3D-геном) для подавления образующих рак генов. Научная работа открывает новые возможности в создании лекарств для лечения онкологических заболеваний посредством изменения работы генов, пресс-служба Российского научного фонда, грантами которого на разных этапах было поддержано исследование.
    865
  • 08/06/2018

    Ученые избавили клетки от «кислородного стресса»

    Российские ученые совместно с британскими коллегами предложили технологию, позволяющую анализировать живые ткани и клетки под микроскопом. Метод позволит проводить экспресс-анализ токсичности магнитных наночастиц размером около 10 нанометров, которые применяются для создания противоопухолевых препаратов.
    675
  • 20/11/2018

    Ученые установили, что набеги насекомых остаются в памяти деревьев

    Оригинальный способ предсказания будущих атак вредителей растений разработан учеными Института проблем экологии и эволюции РАН Булатом Хасановым и Робертом Сандлерским. Они предложили оценивать число вредителей по структуре древесины.
    589
  • 05/04/2017

    Байкальские водоросли вошли в крупнейшую коллекцию живых водорослей и в банк геномной ДНК

    ​Ученые из Института биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАН совместно с коллегами из США создали одну из крупнейших коллекций разнообразных культур живых водорослей и банк геномной ДНК, содержащий более двух тысяч образцов, которые могут использоваться для поиска организмов, необходимых в биотехнологии и создании биотоплива.
    2622