Российские ученые создали светящийся белок с уникальными свойствами

МОСКВА, 23 мая – РИА Новости. Биофизики из МФТИ и стран Европы создали "идеальную" светящуюся молекулу, которая позволит следить за жизнью раковых клеток или микробов, а также изучать другие биологические процессы на наноуровне. Ее описание было представлено в журнале Photochemical & Photobiological Sciences.

«

"Эти красители можно использовать для изучения механизмов развития опухолей. К примеру, ученые могут вырастить определенный тип раковой ткани, вставить наши метки в ее белки и подсадить ее мышам. После этого биохимические процессы в клетках становятся открытой книгой, и в микроскоп можно будет увидеть мельчайшие подробности", — рассказывает Вера Назаренко из Московского Физтеха в Долгопрудном.

Как отмечают исследователи, сегодня биологи используют целое множество светящихся меток, к примеру, красный пигмент родамин, способных присоединяться к молекулам ДНК, белков и прочих компонентов клеток и "подсвечивать" их. Это позволяет ученым изучать внутреннюю структуру микромира на наноуровне.

Для этого биологи просто вводят подобный краситель в изучаемые образцы, обстреливают их лучами лазера или ультрафиолетового света на определенной длине волны. Их фотоны заставляют метки вырабатывать пучки света на другой частоте, что позволяет увидеть содержимое клетки или других телец со сверхвысоким разрешением, недоступным для обычных микроскопов.

У всех этих флуоресцентных меток есть несколько больших недостатков – они быстро распадаются при длительном освещении, не переносят нагрева и их крайне сложно использовать для наблюдений за живыми клетками из-за высокой токсичности. Вдобавок, многие из них обладают слишком крупными размерами, чтобы прикрепляться к любым белковым молекулам и почти все подобные вещества не могут вырабатывать свет без кислорода.

Назаренко и ее коллеги нашли идеальную замену для всех подобных веществ, обратившись к тому арсеналу флуоресцентных белков, который природа разрабатывала на протяжении многих сотен миллионов лет эволюции различных животных и микробов.

Как сообщает пресс-служба МФТИ, российских и зарубежных биофизиков интересовали особые белки, которые цианобактерии и прочие микробы используют в качестве своеобразных датчиков света, помогающих им или избегать его лучей, или наоборот, получать максимальное количество энергии Солнца.

Внимание ученых привлекла бактерия Chloroflexus aggregans, открытая японскими натуралистами в горячих геотермальных озерах и источниках на острове Хонсю в конце прошлого века. Этот микроб может питаться как уже "готовой" органикой, так и обладает способностью к фотосинтезу.

© Nazarenko et al. / Photochemical & Photobiological Sciences 2019

Пространственная структура белка CagFbF

Колонии этих бактерий, как заметили биофизики, хорошо растут в горячей воде даже без присутствия кислорода, что натолкнуло их на мысль, что их белковые "датчики света" можно использовать для создания нового поколения флуоресцентных меток.

Руководствуясь этой идеей, ученые изучили структуру белка Cagg_3753, играющую подобную роль в клетках японских бактерий, и обрезали все "лишние" части этой молекулы, не связанные с ее способностью поглощать и излучать свет. После этого они вставили ген CagFbFP, кодирующий укороченную версию этого вещества, в геном обычной кишечной палочки и проверили, начнет ли она светиться при облучении синим светом.

«

"Наш белок оказался более термостабилен по сравнению с аналогами — он разрушается только при 68 градусах Цельсия. Во-вторых, он намного более миниатюрен по сравнению с большинством применяемых сейчас громоздких флуоресцентных белков, и он действительно может светиться в бескислородных условиях", — продолжает Назаренко.

Эту же последовательность аминокислот, как отмечают, можно присоединять фактически к любому белку в человеческих или иных клетках, что позволит следить за перемещениями этих молекул и их ролью в жизни организма.

Как надеются ученые, их детище быстро найдет свое место в науке и медицине и поможет врачам и молекулярным биологам найти новые лекарства от рака и других болезней.