Проведя хирургическую операцию на отдельной клетке, позволяющую извлечь из нее отдельную митохондрию, ученые Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology – NIST) исполнили заветное желание ученых-медиков. Теперь врачи-исследователи, возможно, получат в руки долгожданное средство для изучения генетических причин возникновения целого ряда нейромышечных расстройств, обусловленных мутациями в митохондриальной ДНК.

Ученые из NIST разработали метод, с помощью которого
можно хирургически извлекать митохондрии из клеток.
(Credit: NIST)

Ученые извлекли из клеток их «моторы» – митохондрии, которые в значительной степени ответственны за наш метаболизм. Многие клетки человека содержат сотни митохондрий, которые, как считается, миллионы лет назад были самостоятельными организмами и до сих пор сохранили собственную ДНК. Мутации митохондриальной ДНК (мтДНК) непосредственно связаны с большим классом так называемых митохондриальных заболеваний с такими симптомами, как ранняя слепота, судороги, потеря слуха, деменция и др. В среднем один из каждых двухсот человек несет мутацию в митохондриальной ДНК, которая может перерасти в митохондриальную болезнь.

Тем не менее, несмотря на значимость этих заболеваний, глубокое изучение митохондрий было проблематично, так как путь передачи и распространения мтДНК внутри и между клетками практически не известен.

«Проблема в том, что очень трудно извлечь одну митохондрию из отдельной клетки», – говорит физик из NIST Джозеф Райнер (Joseph Reiner). «Многие годы лучшим методом оставалось разрушение группы клеток и последующий сбор митохондрий из всех них в виде своего рода супа. Несложно догадаться, что при такой технологии трудно определить, какая митохондрия из какой клетки – а это именно то, что нам нужно знать».

Ученые потенциально решила эту проблему, поняв, что для извлечения отдельной митохондрии из клетки, несущей генетическую мутацию, можно одновременно использовать несколько устройств и технологий. Они прибегли к методу, ранее используемому для извлечения отдельных хромосом из изолированных клеток риса, при котором лазерный импульс делает разрез в наружной мембране клетки. Другой лазер используется в качестве оптического «пинцета», выделяющего отдельную митохондрию, которую затем можно извлечь с помощью крошечной пипетки с кончиком шириной менее одного микрометра. (Посмотреть видеоклип)

Такой подход позволил ученым поместить отдельную митохондрию в небольшую пробирку, в которой они могут исследовать ее генетический состав обычными методами. Они установили, что мутация, обнаруживаемая по всей клетке, присутствует и в отдельных митохондриях – вывод, предполагающий, что широкое генетическое исследование митохондриальных заболеваний станет, наконец, возможными.

«Переместить столь крошечный объект из пинцета в пробирку нелегко», – говорит Корен Декман (Koren Deckman), биохимик из Колледжа Геттисберга (Gettysburg College), ученые которого также принимали участие в разработке технологии. «Но благодаря более чем десятилетней работе, проделанной в NIST и других научных центрах, мы теперь можем видеть извлекаемую митохондрию в течение всего процесса ее перемещения. Это означает, что мы можем быть уверены в том, что митохондрия берется из нужной клетки. Это даст в руки ученых-медиков необходимый инструмент для проникновения в суть этих болезней».

Статья: Detection of Heteroplasmic Mitochondrial DNA in Single Mitochondria