Ученые научились следить за митохондриями
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.
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.
Telegram 
Дзен 
VK Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
Анализ ДНК и изотопный анализ зубов показали, что мужчина генетически был связан с саамскими популяциями, но часть жизни провел за пределами Финляндии — возможно, в Исландии. Авторы нового исследования пришли к выводу, что на рубеже XVI-XVII веков саамские сообщества не были изолированы, как предполагали многие исследователи. Люди путешествовали на далекие расстояния и поддерживали контакты с дальними регионами Северной Атлантики.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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