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 Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Ни один регион на Земле не обладает стопроцентной устойчивостью ко всем возможным глобальным катастрофическим рискам. Тем не менее существует место, имеющее максимальный запас прочности в такой ситуации, — и это Австралия.
Ребенок легче взрослого, быстрее осваивается в новой обстановке и обладает пластичной нервной системой — значит, невесомость он перенесет проще. Это рассуждение звучит убедительно ровно до тех пор, пока ребенка считают уменьшенной копией взрослого. На самом деле его скелет еще набирает прочность, мышцы учатся работать вместе с нервной системой, вестибулярный аппарат настраивает ощущение положения тела, а органы и ткани проходят этапы, которые нельзя повторить после завершения роста. Если в этот период убрать постоянную нагрузку земного притяжения, организм будет не только приспосабливаться к новой среде: он станет формироваться внутри нее. Каким получится результат, медицина сегодня не знает: длительных орбитальных исследований с участием несовершеннолетних не проводилось.
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Приблизительно 130 миллионов лет назад, когда по земле бродили динозавры, какое-то млекопитающее пробежало по влажной песчаной дюне на территории современной южной части Бразилии. Размер оставленных этим древним существом следов поразил палеонтологов.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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