Forskere skabte proteiner styret af lys

Forskere har udviklet fluorescerende proteiner, der kan styres af orange og grønt lys. Disse proteiner vil hjælpe med at studere processer i levende celler. Resultaterne blev offentliggjort i Naturens metoder .

Fluorescerende proteiner udsender intenst synligt lys med bølgelængder fra 390 til 700 nm. Naturlige funktioner af sådanne proteiner er forskellige; for eksempel, nogle arter af vandmænd bruger grønne fluorescerende pletter til at tiltrække små organismer, der tjener som føde. Optiske egenskaber af visse fluorescerende proteiner kan kontrolleres med lys. For eksempel, sådanne proteiner kan aktiveres og deaktiveres, og kaldes derfor omskiftelige. Skiftbare fluorescerende proteiner er meget udbredt i en ny gruppe af metoder kaldet super-resolution fluorescensmikroskopi (nanoskopi), som muliggør billeddannelse af ekstremt detaljerede intracellulære strukturer. I øjeblikket, videnskabsmænd bruger normalt blå eller violet bestråling til sådan mikroskopi, hvilket er meget giftigt for celler, da det forstyrrer deres normale fysiologi og kan endda forårsage død.

"Vi var de første til at skabe fotoswitchable fluorescerende proteiner med optiske egenskaber, der kan kontrolleres ved hjælp af grønt og orange lys frem for blåviolet stråling. Fordelen ved dette er minimal skade på celler. Vi brugte nye proteiner til at observere cytoskeletændringer i levende celler. over tid, " forklarede Aleksandr Mishin, Ph.D, seniorforsker ved Shemyakin-Ovchinnikov Institut for Bioorganisk Kemi ved Det Russiske Videnskabsakademi, der stod i spidsen for RSF-projektet.

For at skabe sådanne fluorescerende proteiner, forskerne ændrede dem ved rettet og tilfældig mutagenese via polymerasekædereaktion. Derefter klonede forskerne proteiner og udvalgte de bedst ydende ved hjælp af et mikroskop. Forfatterne analyserede resultaterne af eksperimenter udført af andre biologer og bestemte, hvordan kromoforens mikromiljø (den aromatiske aminosyrerest, der er ansvarlig for lysabsorption i proteinet) skal ændres for at gøre den i stand til at fotoskifte.

Imidlertid, det forventede resultat har bivirkninger, herunder reduceret lysstyrke af proteinet. Forskerne brugte tilfældig mutagenese til at finde yderligere mutationer, som kompenserer for metodens bivirkninger og samtidig bevare målmutationen.

Proteinerne kaldes reporterproteiner, da de fungerer som "spioner" i celler. De er knyttet til andre proteiner, som så kan spores i en levende celle. De derved opnåede detaljerede oplysninger kan bruges i grundvidenskab eller biomedicinsk forskning. For eksempel, tumorceller hos cancerpatienter udviser dramatiske forstyrrelser i cellemobilitet og dynamiske strukturelle ændringer i cytoskelettet, et slagtekrop i cytoplasmaet af en levende celle. I mellemtiden undersøgelse af disse processer i levende celler ved nanoskopi er vanskelig på grund af den alt for intense bestråling af prøver, gør det nødvendigt at bruge metoder, der er mindre giftige for organismen.

Forfatterne brugte deres udvikling til at udføre RESOLFT superopløsningsmikroskopi. Proteinerne har en vigtig egenskab:Deres fotoswitching er meget effektiv, hvilket betyder, at fluorescens kan tændes og slukkes på millisekunder. Dette passer ikke til alle mikroskopimetoder. I nogle tilfælde, den høje hastighed vil kun være til gene. I RESOLFT, tænd-sluk-cyklussen gentages mange gange for tilstødende punkter, der scannes med laserstråler. Jo bedre skiftetiden for et fluorescerende mærke er, jo hurtigere det komplette billede kan opnås, da fotoswitching på hvert punkt kræver mindre tid.

"De fluorescerende proteiner, vi skabte, vil muliggøre superopløsningsmikroskopi uden at skade den levende celle, som åbner muligheder for at studere dynamiske processer i cellen, " konkluderede Aleksandr Mishin.