В МФТИ создали альтернативную палитру флуоресцентных белков для визуализации клеток

Результат научной работы опубликован в Journal of Biological Chemistry. «Если мы смотрим на клетку в микроскоп на просвет, то она кажется почти прозрачной, но если бы она была в темноте и при этом светилась сама, то увидеть ее было бы проще. Это и есть общая идея флуоресцентной микроскопии. Популярные GFP-подобные белки-красители отлично подходят для такой задачи, но все же в некоторых случаях их применение затруднено. У них довольно большой размер, а еще они не светятся без кислорода. В рамках нашего исследования мы создали флуоресцентные красители на основе другого белка, который имеет свои преимущества и недостатки», — рассказал о своей работе Андрей Николаев, ведущий автор, сотрудник лаборатории структурного анализа и инжиниринга мембранных систем МФТИ.

Ученые рассмотрели флавинсвязывающие флуоресцентные белки (FbFP). К группе флавинов относится, например, витамин B2 или другие соединения, содержащие флавин-группу. FbFP создаются на основе LOV-доменов — сенсоров синего света. Природные LOV-домены, поглощая энергию синего фотона, тратят ее на передачу механического сигнала соседним доменам. Если сломать этот механизм мутациями в белке, домену ничего не остается, кроме как отдать излишек энергии, излучив фотон. Именно так устроена зеленая флуоресценция FbFP. Эти белки вдвое меньше GFP и по массе, и по длине гена, а также не зависят от кислорода.

Ученые внесли много мутаций для того, чтобы монохром FbFP стал семейством белков разных цветов, что оказалось гораздо сложнее, чем в случае с GFP. Оказалось, что эти белки плохо поддаются настройке спектров поглощения и флуоресценции, и это первая успешная попытка создания палитры из 22 точно настроенных флуоресцентных меток с максимумами эмиссии, равномерно охватывающими диапазон длин волн от 486 до 512 нанометров.

«Использование природных белков для решения исследовательских и прикладных задач — очень многообещающая область науки. При этом часто необходима доработка, и при помощи инженерии из белков получаются полезные молекулярные инструменты. В данной работе нам удалось создать палитру светящихся белков для микроскопии сразу нескольких микроорганизмов, а в будущем мы планируем применить эти же подходы для разработки эффективных ферментов для биотехнологии», — подчеркнул Иван Гущин, заведующий лабораторией структурного анализа и инжиниринга мембранных систем МФТИ.

В качестве доказательства концепции ученые рассмотрели под микроскопом клетки, в которых жидкая составляющая — цитоплазма — и сеть митохондрий окрашены двумя белками из палитры. Для невооруженного глаза свечения этих белков выглядели бы как два оттенка зеленого, однако современные микроскопы более чувствительны к цветам, чем люди. Ученые приводят снимки как в реальных цветах, так и в цветах, усиленных микроскопом. Эти результаты подчеркивают возможность изменения спектра флавопротеинов и прокладывают путь для практического применения FbFP как флуоресцентной метки. Исследование выполнено при поддержке Российского научного и Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. 

ФизТех

381 статей

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.

Показать больше