Исследователи из университета Осаки разработали революционный метод, расширяющий палитру биолюминесцентных белковых красителей для маркировки клеток. Создав 20 различных цветов, они обеспечили одновременное обнаружение меченных клеток с помощью стандартной камеры. Этот новаторский подход упрощает отслеживание отдельных клеток внутри популяции и обладает значительным потенциалом для таких областей применения как мониторинг состояния клеток или определение клеток с уникальной реакцией на препараты.
Визуализация живых клеток с помощью флуоресцентных белков давно является критически важным методом для понимания поведения клеток. Хотя биолюминесцентные белки имеют несколько преимуществ над флуоресцентными белками, ограниченная доступность вариантов цвета затрудняла одновременное наблюдение за несколькими целями. Но теперь в Институте научных и промышленных исследований SANKEN Университета Осаки разработан метод, расширяющий цветовую палитру биолюминесцентных белков до 20 различных цветов, что позволит осуществлять расширенную одновременную многоцветную визуализацию.
Клетки — основной строительный материал жизни. Понимание их функционирования жизненно необходимо для прогресса в биологических науках, медицине и создании лекарственных препаратов. Методы оптической маркировки позволяют учёным наблюдать за поведением клеток, отслеживать судьбу клеток и идентифицировать клетки со специфическими характеристиками. Хотя для этих целей широко используются флуоресцентные белки, биолюминесцентные белки набирают популярность благодаря своим уникальными преимуществам.
Биолюминесценция, естественное излучение света живыми организмами, основана на химической реакции, катализируемой ферментом, обычно люциферазой, воздействующим на биолюминесцентный субстрат. В отличие от флуоресцентных белков, биолюминесцентные белки не требуют возбуждения внешним источником света, таким образом избегая таких проблем, как фототоксичность и фоновый свет. Однако, их использование было ограничено небольшим количеством доступных цветов.
Наличие разных и легко различимых цветов жизненно важно для отслеживания множества целей одновременно.
Ранее была создана серия из пяти цветов биолюминесцентных меток, путём объединения одной из самых ярких люцифераз, NanoLuc, с флуоресцентным белком. Этот метод использует переход энергии возбуждённого состояния от субстрата к флуоресцентному белку, изменяя цвет биолюминесценции. Несмотря на её эффективность, этой пятицветной палитры было недостаточно для сложных нужд по визуализации. Теперь учёным из Университета Осаки удалось решить эту проблему, расширив биолюминесцентную палитру до 20 цветов, и это — существенный рывок на пути к многоцветной технологии визуализации.
«Вместо того, чтобы соединить NanoLuc с одним флуоресцентным белком, мы соединили его с двумя», — говорит ведущий автор исследования Мицуру Хаттори. «Этот подход позволил нам достичь намного более широкого диапазона биолюминесцентных красок путём тонкой настройки комбинаций флуоресцентных белков».
Благодаря своим новым биолюминесцентным белковым меткам исследователи достигли выдающегося рубежа. Они получили одиночный снимок смеси клеток, экспрессирующих все 20 биолюминесцентных белков, использовали метки, позволяющие визуализировать отдельные субклеточные компоненты и даже продемонстрировали свои возможности на живых мышах. Кроме того, они успешно провели наблюдения над поведением клеток в течение нескольких часов в режиме time-lapse, одновременно отследив семь различных меток.
«Что по-настоящему нас порадовало, так это то, что мы смогли обнаружить все 20 цветов одновременно и без задержек, используя стандартную камеру смартфона», — объяснил старший автор исследования Такехару Нагаи. «Данная инновация существенно упрощает и удешевляет мониторинг нескольких целей или отслеживание отдельных клеток внутри популяции».
Эти только что разработанные биолюминесцентные красители способны произвести революцию в отслеживании судьбы клеток, предоставляя информацию о том, как клетки развиваются в определённые типы клеток и идентифицируя клетки с уникальной реакцией на препараты. Рывок этой исследовательской группы в области биолюминесцентной визуализации открывает новые перспективы для достижений в биологических исследованиях, открытии новых препаратов и медицинской науке. С такой яркой «радугой» биолюминесцентных красок, кто знает, какие научные сокровища ожидают нас?