Изображение живых клеток с использованием флуоресцентных белков долгое время являлось ключевой методикой для изучения их поведения. Хотя биолюминесцентные белки обладают рядом преимуществ по сравнению с флуоресцентными, ограниченное разнообразие их цветовых вариантов затрудняло одновременное наблюдение за несколькими объектами. Теперь исследователи из SANKEN (Институт научных и промышленных исследований) Осакского университета разработали революционный метод увеличения цветовой палитры биолюминесцентных белков до 20 различных цветов, что позволяет проводить расширенные многокрасочные изображения одновременно.
Клетки являются основными строительными блоками жизни. Понимание их функционирования имеет важнейшее значение для прогресса в биологических науках, медицине и разработке лекарств. Оптические методы маркировки позволяют ученым наблюдать за поведением клеток, отслеживать их судьбу и идентифицировать клетки с особыми характеристиками. Хотя флуоресцентные белки широко распространены для этих целей, биолюминесцентные белки завоевывают все большую популярность благодаря своим уникальным преимуществам.
Биолюминесценция, естественное излучение света живыми организмами, происходит за счет химической реакции, катализируемой ферментом, как правило, люциферазой, действующей на биолюминесцентный субстрат. В отличие от флуоресцентных белков, биолюминесцентные белки не требуют внешнего света для возбуждения, что позволяет избежать проблем, связанных с фототоксичностью и фоновым освещением. Однако их применение было ограничено малым количеством доступных цветов. Наличие различных и легко различимых цветов жизненно важно для одновременной отслеживания множества объектов.
Ранее была создана пятитонная серия биолюминесцентных меток путем соединения одного из самых ярких люцифераз, NanoLuc, с флуоресцентным белком. Эта технология использует перенос энергии возбужденного состояния от субстрата к флуоресцентному белку, изменяя цвет биолюминесценции. Хотя это было эффективно, пятитонная палитра была недостаточна для более сложных нужд изображения. Исследователи из Осакского университета решили эту проблему, расширив палитру биолюминесцентных цветов до 20, что стало значительным прорывом в технологии многокрасочных изображений.
Вместо слияния NanoLuc с одним флуоресцентным белком, мы соединили его с двумя. Этот подход позволил нам получить гораздо более широкий спектр цветов биолюминесценции, тонко настраивая комбинации флуоресцентных белков.
— Мицуру Хаттори, ведущий автор
Исследователи достигли выдающегося результата со своими новыми биолюминесцентными белковыми метками. Они сделали одномоментный снимок смеси клеток, экспрессирующих все 20 биолюминесцентных белков, использовали метки для визуализации отдельных компонентов клетки и даже продемонстрировали их работоспособность на живых мышах. Также они успешно провели наблюдения за поведением клеток в течение нескольких часов, одновременно отслеживая семь различных меток.
По словам старшего автора Такехару Нагаи, то, что действительно впечатляет, заключается в том, что мы могли обнаружить все 20 цветов одновременно, без задержек, используя обычную камеру смартфона. Это новшество делает мониторинг нескольких объектов или отслеживание отдельных клеток в популяции существенно проще и экономичнее.
Эти недавно разработанные биолюминесцентные цвета имеют потенциал революционизировать отслеживание судьбы клеток, предоставляя новые сведения о том, как клетки развиваются в специфические типы и позволяют идентифицировать клетки с уникальными ответами на лекарства. Прорыв команды в области биолюминесцентной визуализации открывает новые перспективы для достижений в биологических исследованиях, разработке лекарств и медицинской науке. С такой яркой «радугой» биолюминесцентных цветов, кто знает, какие научные сокровища ждут впереди.
Источник: NewsMedical