Разработаны сверхточные биосенсора для исследования обмена веществ в организме

Московские ученые вместе с зарубежными коллегами создали новый биосенсор для мониторинга метаболических процессов в живых организмах. Он обнаруживает низкие концентрации метаболизма перекиси водорода. Для изучения этой связи сложно, так как молекула прожить максимум несколько секунд. Биохимический зонд HyPer7 был в 30 раз более чувствительная и 80 раз быстрее, чем их предшественники. О своей работе биохимики сообщили в журнале клеточный метаболизм. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

Перекись водорода Н2О2 является одним из самых важных молекул в организме живых существ. Он образуется в процессе метаболизма, а также особенности специализированных ферментных систем. В организме это вещество регулирует различные биохимические процессы, а если слишком высока, то может возникнуть так называемый оксидативный стресс — избыток активных форм кислорода в организме. Он участвует в развитии многих заболеваний, таких как воспаление, рак и нейродегенеративные. Регулирующая функция молекулы осуществляется, а в крайне низких концентрациях, из-за высокой скорости реакции, они живут максимум несколько секунд. Эти характеристики перекиси водорода делает его очень трудным для изучения его влияния на обмен веществ и возникновению патологии.

Разработка российских ученых — плод многолетней работы на биосенсоры, позволяющие наблюдать перекиси водорода в ячейке с помощью оптики, например, микроскопом. Первое поколение российских зондов получили международное признание и расширение знаний ученых в области обмена веществ, но имели существенный недостаток — они не могли обнаружить сверхнизких концентраций Н2О2, который реализует большинство функций. Также замечания могут быть неточными из-за того, что работа датчика в значительной степени зависит от кислотности среды.

Как правило, биосенсоры представляют собой устройства, которые представляют собой химические соединения с веществами, которые реагируют на эти вещества. Например, биосенсоры используются для измерения количества сахара или алкоголя в крови. Но биосенсоров, говорится в исследовании молекулы белка. В основе этого зонда, исследователи использовали зеленого флуоресцентного белка GFP, который поглощает свет и в несколько наносекунд, чтобы излучать его обратно с несколько увеличенной длиной волны, то есть "светить". Этот белок соединяется с другим белком, OxyR, естественным датчик пероксида водорода. В результате свечение (флюоресценция) кгв меняет свои свойства в процессе взаимодействия зонда с Н2О2. OxyR почти все бактерии. Ведь ученые заранее знали, что белок будет наиболее чувствительна, были выбраны для эксперимента 11 OxyR из разных не связанных друг с другом видов микроорганизмов. В конце концов, супер-чувствительным датчиком получена путем связывания флуоресцентного белка GFP белка OxyR, содержащиеся в бактерии менингококка Нейссерию менингитов, что живет в человеческой носоглотке и вызывает менингит, назофарингит. OxyR эта бактерия реагирует на окисление пероксидом водорода, но бесчувственный других активных форм кислорода.

"Судя по всему, менингококка в процессе эволюции разработали сверхчувствительный OxyR строго селективных по отношению к перекиси водорода. Это необходимо для того, чтобы заранее чувствовать активации нейтрофилов и макрофагов, иммунных клеток организма-хозяина, который использует перекись водорода, чтобы убить бактерии. В ответ на менингококк способен повысить их антиоксидантную систему, которая защищает его от окислительного стресса", — говорит Всеволод Белоусов, руководитель проекта по гранту РФ, доктор биологических наук, руководитель отдела метаболизма и редокс-биологии, биоорганической химии институт им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова Российской академии наук, исполняющий обязанности директора Федерального центра мозга и нейротехнологий МЗ.

По словам ученого, новый зонд HyPer7-это настоящий прорыв в области биосенсоров: "у нас был уникальный дисплей с Высокая яркость и короткое время отклика, реагирует на очень низкую концентрацию перекиси водорода, не завися при этом от кислой среды. HyPer7 был в 30 раз более чувствительная и 80 раз быстрее, чем предыдущие версии".

Датчик авторам удалось изучить детали движения молекул Н2О2 внутрь клетки, чтобы исследовать роль градиентов перекиси водорода в движение клеток и повреждение тканей. Развитие биохимии позволит вам визуализировать перекиси водорода в клетках, тканях и органах, а также для изучения роли этой молекулы в нормальных биохимических процессов. Вы также узнаете о роли перекиси водорода в возникновении и развитии ишемических, нейродегенеративных, воспалительных и онкологических заболеваний, которые тесно связаны с оксидативным стрессом.

Категория: Наука