Ученые Нейрокампуса РНИМУ им. Н.И. Пирогова разрабатывают генетически кодируемые биосенсоры для исследования различных заболеваний
Генетически кодируемые биосенсоры разрабатываются и применяются для изучения динамики различных биохимических процессов в норме и при развитии патологических состояний в различных моделях in vivo. Ученые Нейрокампуса проводят исследования совместно с экспертами ИБХ РАН, ФЦМН ФМБА России, МГУ им. М.В. Ломоносова, Российского квантового центра и при поддержке Российского научного фонда. Подробнее о проекте рассказал Дмитрий Билан — кандидат биологических наук, руководитель группы метаболических основ патологии ИБХ РАН, старший научный сотрудник группы методов редактирования генома Центра высокоточного редактирования и генетических технологий для биомедицины РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России.
Флуоресцентные биосенсоры
Ученые Нейрокампуса разрабатывают биосенсоры на основе флуоресцентных белков, переизлучающих свет. Такие молекулярные инструменты помогают регистрировать биохимические события внутри клеток, их органелл, тканей и даже органов.
Ключевое свойство белковых биосенсоров, помимо способности к флуоресценции, – взаимодействие с определенным внутриклеточным параметром (связывание иона или метаболита, окисление, фосфорилирование). Новые биосенсоры создают «сшиванием» флуоресцентного и сенсорного белков. Последний из них определяет функционирование полученного инструмента.
Инструменты, разрабатываемые учеными Нейрокампуса, — белки, значит, они кодируются геном. Его направляют в изучаемую клетку или орган живого организма. Благодаря этому в режиме реального времени ведется наблюдение за динамикой флуоресцентного сигнала в исследуемой системе.
Важное преимущество
Биосенсоры позволяют регистрировать различные соединения, в том числе с высокой реакционной способностью, например, хлорноватистую кислоту, активные формы кислорода, серы, азота, образующиеся в наших клетках. Их эффект может быть как положительным, выраженным в регуляции внутриклеточных сигнальных каскадов, так и отрицательным — в случае бесконтрольного увеличения их концентраций из-за каких-либо нарушений. Разрабатываемые учеными Нейрокампуса инструменты позволяют исследовать роль некоторых таких соединений и в норме, и при патологических процессах.
Применение технологии
Ученые создали обширную коллекцию генетически кодируемых биосенсоров на различные классы соединений, играющих важную роль в клетках.
Один из недавно опубликованных инструментов Hypocrates позволяет регистрировать в живых системах активные формы галогенов. Это прежде всего биологически значимые хлорноватистая и бромноватистая кислоты. Биосенсор также реагирует с гипотиоциановой кислотой. Эти соединения играют важнейшую роль при воспалительных реакциях. Их также можно классифицировать как сигнальные регуляторы, поскольку появляется все больше сведений в пользу того, что соединения данного класса и их производные специфично модифицируют некоторые белки, обратимо изменяя их функции.
Помимо разработок биосенсоров, ученые Нейрокампуса успешно применяют данную технологию в исследованиях различных биологических процессов, в том числе in vivo в тканях живых организмов (рыб Danio rerio, крыс, мышей).
Практическая роль
Применение биосенсоров в медико-биологических исследованиях позволяет получить знания, которые в дальнейшем пригодятся в разработке терапии того или иного заболевания.
Внедрять такие инструменты в ткань человека нельзя, однако их можно использовать в культивируемых человеческих клетках. Например, у пациента с определенным заболеванием можно взять стволовые клетки, дифференцировать их в культуре в интересующий тип клеток и на этой модели с помощью биосенсоров посмотреть, что с ними не так.
Биосенсоры — эффективный инструмент для скрининга лекарственных препаратов. Область исследований будет развиваться еще стремительнее, в том числе в направлении персонализированной медицины.
Источник: Информация и рисунок предоставлены пресс-службой ФГАОУ ВО «Российский Национальный Исследовательский Медицинский Университет им. Н.И. Пирогова» Министерства здравоохранения Российской Федерации