Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Новый белок позволит лучше разглядеть мозг живой мыши
Ученые улучшили инфракрасный флуоресцентный белок, создав его мутантную версию. Оказалось, что если этот белок связывается с молекулой фикоцианобилина, а не с природным биливердином, его свечение становится в четыре раза ярче. Это важно для наблюдения за процессами в глубине живых тканей, так как инфракрасный свет проходит через них лучше. Исследование объяснило структурные причины этого усиления и открывает путь для создания более эффективных меток для биологической микроскопии.
Флуоресцентные белки — важный инструмент современных биологов. Среди них выделяются те, что светятся в инфракрасном диапазоне, например iRFP713, полученный на основе бактериофитохрома из бактерии Rhodopseudomonas palustris. В новой статье ученых МФТИ и Института цитологии РАН (Санкт-Петербург) описана мутантная форма белка iRFP713/C15S/V254С. Показано, что его флуоресценция станет вчетверо выше, если использовать белок в комплексе с фикоцианобилином вместо биливердина. Результат опубликован в The FEBS Journal.
Начало использования флуоресцентных белков резко увеличило возможности биологов. За «флуоресцентную революцию» в науке о жизни следует поблагодарить зеленый флуоресцентный белок GFP (green fluorescent protein), впервые выделенный из медузы Aequorea victoria. В природе он помогает морскому животному светиться, а в лабораториях по всему миру стал инструментом для визуализации клеточных процессов.
GFP, RFP (red fluorescent protein) и множество их родственников с мутациями помогли резко увеличить разрешающую способность микроскопов, изучать взаимодействия молекул, их транспорт и многое другое. Чтобы отличать флуоресценцию отдельных белковых меток при совместном использовании, необходимо различие в их спектрах флуоресценции. Проще говоря, разные цвета. Фиолетовое свечение соответствует минимальной длине волны в видимой части спектра, за ним идут синее, зеленое, желтое, оранжевое и красное.
Однако белки могут излучать и в ближнем инфракрасном спектре. Такие белки (iRFP) имеют важные преимущества. Их свечение приходится на «окно прозрачности» биологических тканей — излучение, которое не задерживают ни черный пигмент меланин, ни гемоглобин крови. Благодаря этому такие метки можно увидеть и в глубине тканей, например — в мозге живой лабораторной мыши.
Такие инфракрасные биомаркеры получены на основе белка из бактерии Rhodopseudomonas palustris RpBphP2, которая широко распространена и способна «переключать» свой метаболизм, в том числе переходя к фотосинтезу. Он имеет специальный домен, связывающий хромофор, — небольшую флуоресцирующую молекулу. Например, фикоцианобилин или биливердин, соединения из группы тетрапирролов, имеющих четыре кольца. Тетрапирролы могут ковалентно связываться с остатком цистеина белка в положении 15, на его N-концевой части, а также с другим цистеином в положении 254.
Remeeva, A. A. et al., The FEBS Journal
Один из наиболее популярных iRFP — iRFP713 — оказывается более ярким в комплексе с фикоцианобилином, но предпочитает связываться с биливердином. Это может помешать исследованию клеток человека и других млекопитающих, поскольку они содержат собственный биливердин (зеленый пигмент, образующийся в печени, селезенке и костном мозге при распаде гемоглобина).
Поэтому авторы нового исследования использовали мутантную версию белка iRFP713 — iRFP713/C15S/V254C, которая благодаря мутациям C15S (замена цистеина в положении 15 на серин) и V254C (цистеин вместо валина в положении 254) более предпочтительно связывает фикоцианобилин.
Ученые экспрессировали iRFP713/C15S/V254С в клетках линии HEK293T, полученных из эпителия почки человека. Они использовали конфокальную микроскопию, чтобы описать образование комплекса этого белка с фикоцианобилином внутри клеток. Проточная цитофлуориметрия оценила эффективность флуоресценции комплекса: она оказалась в четыре раза выше, чем в случае связывания того же белка с биливердином.
Несмотря на схожую структуру фикоцианобилина и биливердина, их способность к флуоресценции различна. Однако причина этого не до конца ясна.
Поэтому в статье также исследованы структурные основы связывания iRFP с фикоцианобилином. Для этого ученые кристаллизовали комплекс двух молекул и установили его устройство с высоким разрешением с помощью рентгеноструктурного анализа (РСА). Белок iRFP образует комплексы из отдельных белков — олигомеры. Ориентация молекул внутри них может быть противоположной: как параллельной, так и антипараллельной.
Remeeva, A. A. et al., The FEBS Journal
Далее использовали компьютерное моделирование, а именно: методы молекулярной динамики. Они показали, что подвижность белка и хромофора относительно друг друга примерно одинакова при разных способах связывания и мало меняется при замене фикоцианобилина на биливердин.
Оказалось, что плоская молекула биливердина стабилизирована системой ветвистых сопряженных пи-связей и более склонна терять энергию за счет движения, а не флуоресценции. Это определяет больший выход флуоресценции комплекса с фикоцианобилином.
Ученые пришли к выводу, что фикоцианобилин — перспективный хромофор для разработки новых флуоресцентных биомаркеров на основе бактериальных фитохромов.
«Наблюдение за биологическими процессами на молекулярном уровне лежит в основе практически всей современной биологии, поэтому разработка улучшенных инструментов для микроскопии — важнейшая задача. Мы расшифровали структуру флуоресцентного белка iRFP713, светящегося в ближне-инфракрасной области спектра, и изучили его динамику, а коллеги из Санкт-Петербурга показали, что изучавшийся вариант (в комплексе с фикоцианобилином) обладает уникальной яркостью при применении в клетках человека. Благодаря новым данным стало понятнее, почему белок столь эффективен, и появилась возможность для рационального дизайна улучшенных вариантов»,— поделился руководитель работы Иван Гущин, заведующий лабораторией структурного анализа и инжиниринга мембранных систем МФТИ.
Telegram 
Дзен 
VK Нанопластика становится все больше в диете среднего человека, но ученые ищут способы не дать ему переместиться из еды в организм навсегда. Оказалось, что источником защиты может стать квашеная капуста.
Масштабное 10-летнее исследование, проведенное учеными Института стоматологии имени Е.В. Боровского Сеченовского Университета, помогло найти способ значительно повысить успех дентальной имплантации. Ключом оказался системный контроль уровня витамина D в крови пациентов, готовящихся к этой процедуре, и коррекция его дефицита под наблюдением эндокринолога. Такой междисциплинарный подход позволяет достичь успеха в 97,4% случаев имплантации.
Современные металлические имплантаты для суставов сегодня успешно заменяют изношенные кости, но часто оказываются слишком жесткими для организма. Со временем это приводит к разрушению ткани вокруг протеза, его расшатыванию и необходимости повторной операции. Перспективной альтернативой считаются углерод-углеродные композиты, которые способны «срастаться» с живой костью. Однако до сих пор инженеры не могли точно предсказать, как именно этот процесс влияет на прочность конструкции, используя для расчетов упрощенные и неточные модели. Ученые Пермского Политеха впервые разработали модель, которая впервые реалистично описывает врастание кости в имплантат и позволяет точнее прогнозировать его долговечность.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Арахнологи описали новый вид пауков, который копирует облик мертвой особи, пораженной паразитическим грибом, чтобы хищники меньше обращали на него внимание. В природе такой гриб заражает хозяина и воздействует на его нервную систему, после чего заставляет подниматься на возвышенность, откуда легче распространять споры. Открытие расширит представления ученых о мимикрии у животных.
20 марта Московскому авиационному институту исполняется 96 лет. За эти годы университет прошел большой путь становления, и во многом его развитие определяли люди, посвятившие себя науке и подготовке инженерных кадров. Один из таких — выдающийся ученый, заслуженный работник высшей школы Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Борис Семенович Зечихин. Более 70 лет его жизнь неразрывно связана с кафедрой 310 «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» и НИО-310 МАИ. Научная и педагогическая работа Бориса Семеновича получила широкое признание в России и за рубежом, а его вклад в развитие электромеханических специальностей и подготовку инженерных кадров оказал существенное влияние на отечественную авиационную и электротехническую промышленность. Сегодня Борис Семенович продолжает свою работу, участвует в проектах по созданию электрических и гибридных силовых установок, передает опыт и знания молодым специалистам в рамках развития Передовой инженерной школы и всего МАИ в целом.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
За 10 лет лежания в почве сигаретные фильтры не растворились, а лишь замаскировались под грязь. Их пластиковые волокна распались на микрочастицы, намертво склеились с минералами и превратились во вторичный микропластик. Более того, на пятом году гниения мусор начал отравлять землю с новой силой.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
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