Взгляд вглубь
Биолюминесценция – свойство некоторых живых организмов светиться. Это результат каталитического действия фермента люциферазы жуков-светляков на D-люциферин. При этом вырабатывается желто-зеленое свечение.
Использовать биолюминесценцию в клинической практике пытались не один раз. Группа японских учёных решила использовать эту способность для визуализации тканей и клеток тела. Они изолировали светящиеся молекулы и усилили их, сделав свечение в сотни раз ярче. Биомодифицированный источник свечения был испытан в экспериментах на мышах и обезьянах.
Было много попыток сделать процесс взаимодействия люциферазы и D-люциферина более эффективным. Например, заменив люциферин синтетическим аналогом, некоторые ученые пробовали ускорить каталитическую реакцию. Ацуши Мияваки (Atsushi Miyawaki) с коллегами пошли еще дальше и, объединив оба компонента, создали биоинженерную систему биолюминесценции для использования in vivo.
Биолюминесценция в организме мышей, полученная внутривенным введением клеток HeLa, вырабатывающих белок Fluc (слева), и системы с белком Akaluc (справа). Было оценено распространение субстрата в брюшной полости. Источник: RIKEN.
Из предыдущих исследований было известно, что синтетический люциферин AkaLumine-Нсl способен проникать через гематоэнцефалический барьер и давать красное свечение. Проблема заключалась в том, что AkaLumine-Нсl не совместим с естественной люциферазой.
Исследователи последовательно изменяли фермент люциферазу с помощью мутаций, добившись в итоге получения полностью совместимого с AkaLumine-Нсl варианта, который был назван Akaluc.
При попадании в мозг мышей комбинация Akaluc и AkaLumine-Нсl (система AkaBLI) при взаимодействии привела к биолюминесценции, которая была в 1000 раз сильнее, чем получаемая в результате реакции натуральных люциферазы и люциферина.
Биолюминесценция в головном мозге мышей, полученная через месяц после введения клеток, вырабатывающих белок Fluc (слева), и системы с белком Akaluc (справа). Источник: RIKEN.
Биолюминесценции можно добиться довольно легко, например, при пероральном введении системы AkaBLI с питьевой водой. Но инъекционное введение давало боле интенсивное свечение.
В эксперименте с обезьянами исследователи больше года наблюдали за активностью мозга с помощью системы AkaBLI во время дрессировки и формирования навыков.
AkaBLI-генерируемая биолюминесценция позволяет наблюдать активность головного мозга и динамику изменений в течение определенного времени. Учитывая труднодоступность структур головного мозга для диагностических исследований, неинвазивная и безопасная визуализация имеет большой потенциал применения в клинической практике.
Статья S. Iwano et al. Single-cell bioluminescence imaging of deep tissue in freely moving animals опубликована в журнале Science.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам EurekAlert: In living color: seeing cells from outside the body with synthetic bioluminescence.