Биоинженеры из Калифорнийского Университета в Беркли (University of California, Berkeley) разработали новый метод визуализации динамики биомолекул в живой клетке с высокой степенью разрешения.

В новом методе визуализации профессор биоинженерии Люк Ли (Luke Lee) и его коллеги использовали принцип неоднородного поглощения света органическими и неорганическими молекулами. Как говорит Ли, новый метод будет широко востребован в фармацевтике, цитологии и биомедицинской диагностике.

Благодаря этому, Ли смог в реальном времени проследить за процессами, происходящими внутри живой клетки. Так, например, ученые смогли увидеть, какие энзимы активируются, и увидеть экспрессию определенных генов.

Методика новой технологии визуализации подробно описана в выпуске журнала Nature Methods от 18 ноября.

Несмотря на все преимущества метода ядерно-магнитного резонанса, он способен работать только с кластером клеток, а, например, для изучения процессов, происходящих в стволовых клетках, необходимо получать информацию о биохимии и молекулярной динамики внутри отдельно взятой клетки.

Рис. 1. Наночастицы золота

Современные методы, позволяющие детально изучить биохимию отдельной клетки, предусматривают разрезание ее внешней мембраны, что, естественно, зачастую ведет к гибели клетки, и невозможности получить информацию о динамике молекулярных процессов в ней в реальном времени.

Как говорит Ли, разработанный им и его коллегами метод не требует проникновения в клетку, и, следовательно, не приводит к ее гибели, позволяя ученым наблюдать за процессами, проходящими в ней.

Основа метода, предложенного Ли – традиционная оптическая абсорбционная спектроскопия (optical absorption spectroscopy). В этой технике свет проходит через раствор с биомолекулами, и на выходе из раствора анализируются частоты видимого спектра, которые были поглощены.

Так, например, белок цитохром с, имеет несколько пиков поглощения (абсорбционные пики) спектра в окрестности 550-нм длин волн.

Однако при взаимодействии с другими веществами, например, при окислении, абсорбционный спектр биомолекул меняется. Эти изменения легко заметить, и поэтому абсорбционную спектроскопию применяют для изучения процессов, происходящих в клетках.

Рис. 2. Цитохром с и прикрепление биомолекул к наночастице золота

Но в живой клетке достаточно много различных белков для точной работы подобной спектроскопии. Результаты могут часто накладываться друг на друга и в этом «шуме» трудно проследить процессы, происходящие с отдельно взятым белком.

Для того, чтобы сделать результаты спектроскопии однозначными, ученые решили «пометить» интересующие их белки с помощью золотых наночастиц размерами 20–30 нанометров. Так можно точно проследить определенный белок, выделив его из тысяч остальных.

Особенность наночастиц серебра и золота состоит в том, что при попадании на их поверхность света, электроны на наружной оболочке наночастиц начинают осциллировать на особых частотах, вызывая т.н. плазмонный резонанс на длинах волн от 530 до 580 нм, который ученым достаточно просто обнаружить.

Также длины волн плазмонного резонанса наночастиц совпадает с абсорбционными пиками цитохрома с.

Кроме цитохрома с Ли и его коллеги смогли маркировать наночастицами серебра гемоглобин, повторив эксперимент по мониторингу белка в клетке.

Как говорит Ли, разработанная исследователями техника убивает двух зайцев сразу: увеличивает разрешение до отдельных молекул, и позволяет прослеживать их состояние в живой клетке.

Свидиненко Юрий