Fluorescerende molekyle kunne kaste lys over de indre funktioner i det cellulære miljø

Et fluorescerende molekyle, hvis lysstyrke afhænger af, hvor hurtigt det kan rotere, hjælper forskere med at måle, hvor tyktflydende væsken er inde i forskellige dele af en celle.

"Der er stor interesse i det biofysiske felt i at udvikle kemiske prober, der kan bruges til at karakterisere miljøet inde i en celle eller enhver form for biologisk rum, siger Peter Bond, fra A*STAR's Bioinformatics Institute.

Forskere fra Det Forenede Kongerige og Singapore - inklusive A*STAR-forskere som Bonds team, der ledede den beregningsmæssige arm af projektet - har modelleret, udviklet og testet et molekyle bestående af to dele; en genetisk sonde designet til at huse på bestemte proteiner, så det kan dirigeres til hvor som helst i en celle det protein findes; og en molekylær rotor - et fluorescerende molekyle, hvis fluorescens varer længere, jo langsommere drejer den. A*STAR-forskere simulerede, hvordan dette molekyle ville fungere i forskellige mikromiljøer i skalaer på milliontedele eller endda milliardtedele af en meter.

Mikroviskositet henviser til, hvor viskøs, eller tyk, væsken er især dele af en celle. Da celleindhold er mobilt i et flydende miljø, mikroviskositet kan have stor indflydelse på, hvordan proteiner og biologiske molekyler interagerer og kommunikerer med hinanden. "Disse proteiner påvirkes af interaktioner med hinanden, og ved lokale forskelle i osmolytter og andre små molekyler, såsom næringsstoffer, " siger Bond.

For at måle mikroviskositeten inde i en celle, forskerne havde først brug for at forstå dynamikken i, hvordan denne sonde kunne opføre sig i miljøer med forskellige viskositeter. Ved hjælp af computersimuleringer af væsker, de var i stand til at vise, at efterhånden som opløsningens viskositet steg, probens rotationshastighed faldt, og dens fluorescens ændrede sig på en målbar måde.

I mellemtiden udførte deres kolleger i Det Forenede Kongerige eksperimenter i celler og fandt meget lignende resultater. Ved hjælp af den nyudviklede mikroviskositetssonde, forskerne var i stand til at studere, hvordan mitokondrier, cellens kraftværker, reagere på miljøændringer. De fandt ud af, at mitokondriers indre opretholdt stabile viskositetsforhold selv i lyset af store ændringer i eksterne elektrolytkoncentrationer og viskositet.

Mikroviskositet menes at spille en vigtig rolle i sygdomme som Alzheimers sygdom, med beviser, der tyder på, at mikroviskositeten inde i hjernecellerne kan ændre sig, efterhånden som sygdommen skrider frem.

"Hvis vi kunne forstå faktorer som mikroviskositet, samt forstå grundlæggende biologiske mekanismer, vi kan udvikle nye tilgange til behandling af sygdomme, " siger Bond.