• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
03.04.2023
ФизТех
404

Ученые научились следить за митохондриями

4.7

Коллаборация физиков, химиков и биологов научила наночастицы «видеть» митохондрии, энергетические фабрики клетки, с помощью гигантского комбинационного рассеяния. Воспроизводимый и чувствительный подход поможет в разработке сенсоров для диагностики заболеваний на ранних стадиях.

На рисунке изображена схема эксперимента: исследуемый объект помещается на подложку из серебряных наноструктур и освещается лазером. Для анализа используются регистрируемые спектры ГКР. Исследуемый объект усложняется от липосом — везикул, состоящих из липидной мембраны с адсорбированными на внутреннюю поверхность молекулами цитохрома С (а), до субмитохондриальных частиц («вывернутых наизнанку» митохондрий (б) и интактных митохондрий (с); (д) — схематическое изображение поля от лазера, усиливаемого подложкой из наноструктур так, что оно «достает» до молекул цитохрома С внутри липосомы / ©Free Radical Biology and Medicine / Автор: Татьяна Соловьёва

Работа опубликована в журнале Free Radical Biology and Medicine. Сбои в работе митохондрий могут стать причиной большого количества патологий. Например, нарушений работы нервной и сердечно-сосудистой систем, метаболических и онкологических заболеваний. На это тему проведено очень много исследований. Но до сих пор не было точного метода, позволяющего «отсканировать» работу интактных митохондрий, не существовало способа понять, правильно ли идет перенос электронов и как состояние отдельных переносчиков электронов связано с производством клеточной энергии и запуском патологий.

С помощью спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния (ГКР, или SERS — surface-enhanced Raman spectroscopy — это явление рассеяния света на молекулах вещества, при котором возникают новые световые волны с частотами, которые связаны с молекулярным строением вещества; используется для анализа химического состава и структуры материалов) можно получать информацию о структуре отдельных молекул, нанесенных на подложку из наночастиц. Но для использования этого метода в биомедицинской диагностике важно научиться получать интенсивный сигнал от молекул или групп молекул, находящихся внутри интактных органелл или клеток. Митохондрии — сравнительно большие объекты для этого способа исследования, около 1–2 мкм в диаметре. Глубоко к ним внутрь заглянуть не удавалось. К тому же для медицинской диагностики очень важно получать воспроизводимые от эксперимента к эксперименту спектры ГКР, чего раньше тоже не демонстрировали.

Цитохром С — белок, который переносит электроны между комплексами дыхательной цепи митохондрий, необходимой для синтеза АТФ (внутриклеточной энергии), — популярный объект исследования. Если научиться «следить» за цитохромом С внутри митохондрий, можно будет диагностировать правильность работы всей дыхательной цепи.

Группа исследователей под руководством Надежды Браже из МГУ совместно с коллегами из МФТИ разработала новый подход на основе метода ГКР для изучения цитохрома С в митохондриях. Ученые заметили, что при определенной конфигурации подложки из серебряных наночастиц от цитохрома С, находящегося внутри митохондрий, можно получить высокоинтенсивный сигнал ГКР. Так они смогли увидеть белок-переносчик электронов внутри митохондрий.

Сергей Новиков, старший научный сотрудник лаборатории контролируемых оптических наноструктур МФТИ, рассказывает: «Гигантское комбинационное рассеяние имеет максимальный сигнал, когда наночастицы контактируют с молекулами. Чем дальше находится молекула от частицы, тем сигнал слабее. Интересующий нас белок цитохром С находится в межмембранном пространстве митохондрий, на расстоянии 7–12 нанометров от внешней мембраны. На обычной плоской серебряной подложке мы можем видеть ГКР-сигнал, в основном от компонентов внешней митохондриальной мембраны.

В случае специфической конфигурации серебрянной наноструктурированной поверхности, разработанной коллегами с ФНМ МГУ и предложенной в нашей работе, мы смогли увидеть, что происходит с цитохромом С в межмембранном пространстве митохондрий. За счет высокой чувствительности метода мы видим изменения, которые произошли только в небольшом количестве белков цитохрома С. Эти изменения связаны с зарождающейся патологией. То есть, когда клетка в целом еще здоровая, мы можем отследить зарождение патологии на ранней стадии по изменениям в этих белках».

Ученые постепенно усложняли исследуемый объект от модельных до реальных митохондрий. Анализировался сигнал SERS от этих объектов, нанесенных на подложку c наночастицами серебра. С помощью сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии и теоретического моделирования физикам удалось построить распределение электрических полей для подложки с исследуемым объектом и объяснить, почему усиливается сигнал именно от цитохрома С: в полученной конфигурации подложки и объекта белок оказывается в «зоне видимости» SERS.

«Нужно было проверить, что митохондрии не изменяют свое состояние, когда контактируют с серебряными структурами, что серебряные структуры не изменяют своих свойств, что получаемый сигнал ГКР обладает высокой воспроизводимостью. Надо было на разных системах доказать, что спектр ГКР, регистрируемый от митохондрий, связан с определенными колебаниями атомов именно в цитохроме С, а не в других белках митохондрий, и показать, что наблюдаемые спектры отражают работу дыхательной цепи. У нас это все получилось», — комментирует Надежда Браже, ведущий научный сотрудник лаборатории общей биофизики МГУ. В результате ученые получили метод наблюдения за белками внутри клеток, который может стать основой для создания сенсоров для диагностики заболеваний на ранних стадиях.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 14:24
Игорь Байдов

Команда китайских инженеров разработала модель магнитоэлектрического генератора, способного эффективно преобразовывать энергию падающих капель в электричество. Устройство может быть полезно для районов с повышенной сезонной влажностью. Разработка ученых в теории выглядит перспективно, но вызывает некоторые вопросы. В частности, пока не ясно, можно ли найти ей практическое применение.

8 часов назад
Полина Меньшова

Сидячий образ жизни часто называют «новым курением», поскольку отсутствие физической активности и работа в неудобных позах приводит к большому количеству проблем со здоровьем. В связи с этим появился тренд на столы для работы стоя. Исследователи из США изучили разные типы рабочих мест и оценили их эффективность — как для здоровья сотрудников, так и для производительности.

Вчера, 19:04
Александр Березин

По уточненным данным, для свода Международной космической станции с орбиты компания Илона Маска использует сильно измененный грузовой корабль, имеющий рекордно большое количество двигателей (больше, чем у любого другого корабля в истории). Однако это не будет Starship, хотя для него такая задача в теории была бы проще.

15 июля
Александр Березин

Авторы нового исследования впервые показали, что круглые провалы в лунной поверхности не просто близки к многокилометровым пещерам на естественном спутнике Земли, но и располагают тоннелями, ведущими в глубину.

16 июля
Александр Березин

Традиционное представление о роли человека в земных экосистемах известно: он нарушает их нормальную работу и снижает биоразнообразие. Однако первая попытка изучить следы пыльцы за последние 12 тысяч лет принесла скорее противоположные данные — как минимум для континентов, полностью расположенных в Северном полушарии.

13 июля
Татьяна

Все клеточные организмы ученые ведут от гипотетического предка — LUCA. Существует масса предположений и расчетов о том, как он был устроен, где и когда возник. В новой работе исследователи из Великобритании попытались ответить на эти вопросы.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно