Биосенсоры выявили тепловой шок при использовании важных препаратов
На вызванный разными факторами стресс клетка может отвечать схожим образом. Это касается активации шаперонов — «защитников» белков, которые спасают их от потери формы и слипания. Ученые МФТИ и Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН использовали люминесцентные биосенсоры на основе бактерий, чтобы оценить эффект ряда лекарств (в том числе от рака и антибиотиков) на синтез шаперонов.
Когда организм сталкивается со стрессом — будь то сильный перегрев, нехватка кислорода или воздействие токсинов,— белки внутри клеток начинают терять свою правильную природную форму. Такие поврежденные белки становятся «липкими» и образуют агрегаты — опасные скопления, которые остаются в клетке и могут привести к ее гибели.
На помощь приходят молекулярные шапероны. Это специальные белки, чья задача — предотвращать агрегацию других поврежденных белков и помогать им вернуть себе правильную форму. Те шапероны, число которых резко возрастает именно при тепловом стрессе (так они были впервые описаны), называют белками теплового шока (БТШ). Именно они помогают клетке пережить различные негативные воздействия, а не только перегрев.
Белки теплового шока — это целая система клеточных «защитников». Ученые делят их на группы в зависимости от размера и механизма функционирования. По своему «весу» (молекулярной массе) они могут быть как относительно крошечными, так и гигантских размеров. Среди них есть конститутивные белки, которые работают в клетке постоянно, поддерживая «повседневный порядок», и преимущественно индуцибельные белки, которые массово синтезируются только в случае угрозы, стресса.
Вопрос также важен для медицины. Вещества, применяемые в фармакологии, нередко имеют побочные эффекты. Поэтому ученые решили проверить способность подобных веществ вызывать состояние клеточного теплового шока. Для этого применили живые биосенсоры, используя для их создания самую обычную бактерию,— кишечную палочку Escherichia coli. В нее добавили гены, нужные для люминесценции (свечения) из наземной бактерии Photorhabdus luminescens, но «связали» их активность с работой защитных систем клетки.
Принцип работы таких биосенсоров прост. В ДНК бактерии встраивают специальную генетическую конструкцию — плазмиду. Вставка содержит лампочку, которая загорается, если срабатывает «выключатель» — промотор определенного защитного гена. Он активируется, когда бактерия сталкивается с токсином или иным стрессом, в частности перегревом.
Модель позволяет быстро и наглядно тестировать различные вещества в двух режимах: если свечение усиливается — мы нашли активатор промотора гена, если затухает или не меняется — то не активатор. В итоге получился живой датчик.
Биофизики наладили четкий алгоритм для такого рода исследований. Сначала бактерии переносят в свежий питательный бульон с селективным антибиотиком и дают им расти в течение двух часов при температуре до 37°C. Затем микробы распределяют по ячейкам 96-луночного планшета. В каждую лунку добавляют исследуемое вещество в разных дозах, а в некоторые — обычную воду в качестве контроля, чтобы сравнить результат. Результаты опубликованы в журнале «Генетика».
В течение следующих двух часов ученые внимательно следят за реакцией клеток. Каждые 30 минут специальный высокочувствительный прибор (ридер) измеряет яркость свечения бактерий. Это позволяет точно узнать, как именно и с какой скоростью микроорганизмы реагируют на химическое воздействие, превращая невидимые молекулярные процессы в понятные числа и графики.
Многочисленные проверенные в работе лекарства, повреждающие ДНК (генотоксиканты), в том числе препараты от онкологических и инфекционных болезней, оказали заметный эффект на белки клетки, заставляя срабатывать биосенсоры. Показано, что 10 из 12 протестированных препаратов вызывают бактериальный тепловой шок. Среди них антибиотики ципрофлоксацин и налидиксовая кислота, цитостатики 5-фторурацил и митомицин С, а также антибактериальное средство диоксин. Исключением стал препарат актиномицин D. Он оказался настолько токсичным, что просто убивал бактерии раньше, чем они успевали засветиться.
Эта экспериментальная модель — своего рода универсальный инструмент. Те же светящиеся бактерии и вещества, которые заставляют белки работать активнее, в будущем могут помочь ученым решить и обратную задачу: найти ингибиторы (блокаторы) их активности.
Создано уже более 100 различных тестов, превращающих обычных микробов в высокочувствительные живые приборы. В основе технологии лежат фундаментальные знания о том, как бактерии общаются и реагируют на внешние угрозы. Самыми популярными стали рекомбинантные биосенсоры на базе кишечной палочки (E. coli).
Клетки-биосенсоры стали незаменимыми в самых разных областях науки: от исследований деталей работы генных сетей внутри клетки до оценки состояния окружающей среды и безопасности новых лекарств. Они позволяют быстро и наглядно определить, насколько опасен тот или иной препарат для живого организма.
«Данные о возникновении теплового шока могут быть использованы при терапии перечисленными фармакологическими веществами. Относительная репрезентативность и простота исследования стала достижимой в результате применения цельноклеточных биосенсоров E. coli pGrpE-lux и E. coli pIbpA-lux. Это генно-инженерные люминесцирующие бактериальные клетки, которые отвечают увеличением свечения при тепловом шоке. При этом уровень люминесценции удобно считывается детектором в режиме реального времени»,— прокомментировал руководитель работы, заведующий лабораторией молекулярной генетики МФТИ Илья Манухов.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно