Måling af metabolitter i alger én celle ad gangen

I jagten på nye kilder til forbrugsvarer, videnskabsmænd er kommet til at indse, at livet i sig selv kunne være løsningen. Metaboliske ingeniører har ændret metabolismen af ​​levende organismer for at lave nye lægemidler, bionedbrydelige og biobrændstoffer. Et af de bedste eksempler i moderne tid er penicillin. Metaboliske ingeniørbakterier har forbedret produktionshastigheden af ​​dette lægemiddel mere end 100 gange.

En stor udfordring på dette område er at identificere, hvilke celler der er de mest produktive. Det er relativt nemt at studere bulkpopulationer, hvilket resulterer i information om metabolismen af ​​den samlede cellepopulation. Imidlertid, det er fortsat ekstremt vanskeligt at identificere, hvilke celler i bulkpopulationen der står over resten med hensyn til metabolitproduktion og derfor er bedst at kopiere og efterligne. Denne identifikation kræver observation af de indre processer af individuelle celler i realtid, mens metabolitten laves. Forskere ved Nara Institute of Science and Technology (NAIST) rapporterer om et nyt system, der opnår dette mål i mikroalgeceller. Systemet kombinerer fluorogene aptamerer med femtosekund laserfotoporation. Undersøgelsen er publiceret i Videnskabelige rapporter .

"Alger har en række attraktive kvaliteter til stofskifteteknik. For det første, de er ekstremt tilpasningsdygtige, da de har evnen til at leve i en bred vifte af miljøer, fra ækvator til polerne og endda i stærkt saltholdigt eller forurenet vand, " siger professor Yoichiroh Hosokawa, der ledede undersøgelsen.

Normalt, forskere bruger fluorescensmikroskopi til at se ind i en celle. Denne strategi involverer vedhæftning af et molekyle, der fluorescerer til metabolitten af ​​interesse. Imidlertid, på grund af cellevægsbeskyttelse, det har været vanskeligt at indføre fluorescerende molekyler, der detekterer specifikke metabolitter i mikroalgeceller udefra.

Hosokawas team har derfor udviklet fluorescerende aptamerer, der udsender fluorescens ved binding til metabolitten paramylon, og fremstillingsmetoder, der kan introducere dem i cellen ved hjælp af laserimpulser.

"Vi syntetiserede en peptid-aptamer, der binder til paramylon, og introducerede det i Euglena gracilis-celler ved enkeltcellet laserbehandling, " sagde Dr. Takanori Maeno, hvem der først var forfatter til undersøgelsen. "Paramylon produceres kun af Euglena og fungerer som fiber. Det kan raffineres til biobrændstoffer, " han tilføjede.

For at få aptameren ind i cellen, videnskabsmændene skød cellerne med laserimpulser kun femtosekunder lange. Disse pulser skabte midlertidige porer, der var store nok til, at aptamererne kunne trænge ind. En gang indenfor, cellerne blev kun grønne på steder, hvor aptamererne bandt til paramylon. Ved at bruge denne teknik, Hosokawas gruppe kunne måle akkumuleringen af ​​paramylon med tiden, og skelner således effektive celler fra deres uproduktive naboer.

Mens systemet kun blev testet på paramylon, Hosokawa angiver, at andre metabolitter vil kunne påvises med passende aptamerer.

"Vores metode giver rumlig og tidsmæssig information om mål intracellulær paramylon, men burde virke for enhver form for metabolitter i fremtiden. Det vil være nyttigt til at vælge højtydende celler, " han sagde.