Учёные Северо-Западного университета (Northwestern University), Эванстон, штат Иллинойс, обнаружили, что молекулы ДНК могут переизлучать свет. Научная работа об этом открытии опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Несколько десятилетий учёные считали, что макромолекулы в живых клетках, такие как ДНК, РНК и белки, не светятся сами по себе. Для повышения контрастности при микроскопии исследователям приходилось использовать специальные флуоресцентные красители.
Научная группа Северо-Западного университета выяснила, что на самом деле макромолекулы в клетках светятся естественным образом. Это открытие может способствовать появлению флуоресцентной наноскопии сверхвысокого разрешения, не требующей флуоресцентных меток, и углубить наше понимание биологических процессов. «В учебниках написано, что биологические молекулы не поглощают свет и не флуоресцируют. Так всех учат — это часть программы, поэтому никто не подвергает этого сомнению», — говорит Хао Чжан (Hao Zhang), один из авторов исследования.
Почему свечения не замечали раньше? Молекулы находились в «тёмном состоянии», то есть в условиях, когда они не поглощают и не излучают свет. Но то, что молекулы так долго в нём пребывают, не означает, что они не светятся никогда. Профессор Вадим Бэкман (Vadim Backman) сравнивает это с интервальными тренировками: «Спринтеры чередуют быстрый бег с отдыхом. Вы можете застать их в тот момент, когда они делают передышку, и решить, что они бездействуют. То же самое с ДНК и белками. Они излучают свет очень короткое время, а затем долго отдыхают».
Учёные обнаружили, что под воздействием видимого излучения молекулы переходят в возбуждённое состояние и загораются достаточно ярко, чтобы их можно было снимать без использования красителей. Если воздействовать на них излучением с определённой длиной волны, они светятся даже сильнее, чем с самыми лучшими флуоресцентными метками.
«Это идеальный вариант, потому что окрашивание токсично, к тому же снимки получаются менее чёткими», — говорит Чжан. Получить точное изображение процессов, протекающих в клетках, становится непросто: сразу после применения ядовитых флуоресцентных красителей они умирают. Специальные вещества, которые применяют для съёмки живых клеток, лишь замедляют этот процесс. «Клетка гибнет через два часа, так что первые полчаса вы ещё можете делать снимки, — говорит Бэкман. — Но что вы на самом деле измеряете? Что вы на самом деле видите? Естественные процессы в клетке или её медленную смерть? Никто не знает».
Флуоресцентная микроскопия (fluorescence microscopy) — метод получения увеличенного изображения с использованием люминесценции возбуждённых атомов и молекул образца. Широко применяется в медико-биологических областях.
Биологический материал, как правило, флуоресцирует крайне слабо, но благодаря применению ярких и разнообразных флуоресцентных молекул (флуорофоров), метод флуоресцентной микроскопии оказался очень ценным для медико-биологических наук. Традиционные методы флуоресцентной микроскопии обладают существенно более низким разрешением по сравнению с электронной или атомно-силовой микроскопией. Однако оптическая микроскопия позволяет наблюдать за внутренней микроструктурой клеток и небольших организмов, в том числе, живых. Благодаря этому флуоресцентная микроскопия оказалась наилучшим методом для изучения функционирования организмов на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях.
